磁浮列車(chē)模型定位系統的設計

摘要：基于磁浮列車(chē)的特點(diǎn)，介紹了一種新型磁浮列車(chē)定位系統的實(shí)現，在磁控開(kāi)關(guān)組編碼技術(shù)的基礎上，采用FPGA和DSP相結合的結構，完成對該定位系統的設計。實(shí)驗結果表明該設計能夠實(shí)現磁浮列車(chē)的定位功能，具有工作簡(jiǎn)單可靠、制造成本維護成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：磁浮列車(chē)；磁控開(kāi)關(guān)；定位；FPGA

磁浮列車(chē)是由無(wú)接觸的電磁懸浮、導向和驅動(dòng)系統組成的新型交通工具。該模型車(chē)利用同定在車(chē)輛懸浮架上的懸浮電磁鐵與軌道之間的吸引力實(shí)現懸??；利用固定在懸浮架上的導向磁鐵與線(xiàn)路側向的導向軌之間的吸引力進(jìn)行導向；利用短定子直線(xiàn)感應電機，通過(guò)安裝在車(chē)上的初級繞組產(chǎn)生行波磁場(chǎng)在軌道反應板中感應出電流，二者相互作用推動(dòng)機車(chē)前進(jìn)。
磁浮列車(chē)運行時(shí)，運行控制系統必須隨時(shí)掌握列車(chē)的確切位置和速度，為此必須有一套定位系統實(shí)現對列車(chē)的實(shí)時(shí)定位。由于磁浮列車(chē)運行時(shí)與軌道沒(méi)有物理接觸，定位方法多采用無(wú)線(xiàn)方式來(lái)完成。目前，實(shí)現列車(chē)定位的方法有很多種，如光電感應定位測速、微波定位測速、交叉感應回線(xiàn)定位測速、GPS定位測速、無(wú)線(xiàn)擴頻通信定位法等。這些定位測速方法有些結構復雜，定位精度差，有的需要大量的軌旁設備，前期成本和后期維修費用高。針對磁浮列車(chē)的特點(diǎn)，本文提出了一種新的定位方法，該方法制造成本低，維護方便，適用于短途運營(yíng)的磁浮列車(chē)。

1 定位系統工作原理
本文采用磁控開(kāi)關(guān)編碼定位技術(shù)，利用磁控開(kāi)關(guān)在磁場(chǎng)內導通的原理，當磁浮列車(chē)經(jīng)過(guò)磁控開(kāi)關(guān)時(shí)，由于懸浮電磁鐵與軌道間存在磁場(chǎng)，在該磁場(chǎng)的作用下，磁控開(kāi)關(guān)導通；當磁浮列車(chē)駛過(guò)后，磁場(chǎng)消失，磁控開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。把所有磁控開(kāi)關(guān)導通和斷開(kāi)的狀態(tài)編碼成二進(jìn)制數字序列，每一個(gè)序列對應一個(gè)磁浮列車(chē)的位置。
將一定數量的磁控開(kāi)關(guān)等間距排放在磁浮列車(chē)的線(xiàn)路上，這一距離不能大于磁浮列車(chē)電磁鐵的長(cháng)度，否則就無(wú)法保證列車(chē)運行過(guò)程中始終有磁控開(kāi)關(guān)被觸發(fā)，為了保證磁控開(kāi)關(guān)能夠被電磁鐵和軌道間的磁場(chǎng)觸發(fā)而不能被電機產(chǎn)生的磁場(chǎng)觸發(fā)，磁控開(kāi)關(guān)安裝軌道外側。為了避免磁控開(kāi)關(guān)出現故障，每?jì)蓚€(gè)磁控開(kāi)關(guān)采用并聯(lián)方式組合成一個(gè)單元，固定安裝在保護塊里。將所有的磁控開(kāi)關(guān)的狀態(tài)(導通-1；斷開(kāi)-0)整合成一個(gè)二進(jìn)制數字序列，在列車(chē)行駛的過(guò)程中，這個(gè)數字序列將一直變化且不會(huì )重復，每一個(gè)數字序列對應一個(gè)列車(chē)的位置見(jiàn)圖1。對這些數字序列進(jìn)行采集和邏輯分析就可以得到列車(chē)的位置量。