19873

۱۹۸۷۳

طراحي و شبيه سازي كنترل حركت كامل (تعليق، هدايت و پيشرانش) قطار مگلو EMS

كارشناسي ارشد

مهندسي كنترل و علائم

۹۳-۹۷

۱۳۹۷/۰۱/۲۸

دكتر بهمن قرباني واقعي

راه آهن

قطارهاي الكترومغناطيسي مگلو (از نوع تعليق الكترومغناطيسي) از سال 1930 در آلمان مورد تحقيق و توسعه قرار گرفته و نمونه¬هاي آزمايشگاهي و تجاري متعددي با نام ترنسرپيد ساخته شده است. اين قطارها توسط سيستم هاي تعليق، هدايت و پيشرانش با سرعت بيشتر از 400 كيلومتر بر ساعت بر روي ريل مسطح حركت مي كنند. سيستم تعليق موجب مي گردد قطار به اندازه يك سانتي متر از سطح ريل فاصله گرفته و سيستم هدايت موجب هدايت عرضي بوژي قطار از ديواره هاي جانبي ريل مي شود. پيشرانش اين نوع قطار ها توسط يك موتور سنكرون خطي از نوع تحريك با جريان مستقيم انجام مي شود. هدف از انجام اين تحقيق طراحي و شبيه سازي كنترل كننده حركت كامل قطار مگلو از نوع تعليق الكترومغناطيسي است كه شامل سيستم هاي كنترل تعليق، كنترل هدايت و كنترل پيشرانش به طور همزمان مي باشد. كنترل تعليق و كنترل هدايت در تحقيقات گذشته انجام شده است و در اين پايان نامه از نتايج طراحي آن ها استفاده مي گردد. در تحقيقات انجام شده از كنترل كننده تناسبي- مشتق گير به منظور كنترل فواصل هوايي تعليق و هدايت استفاده گرديده است. هدف در اين پايان نامه طراحي كنترل سيستم پيشرانش به منظور رديابي پروفيل سرعت قطار با درنظرگرفتن اثرات ناشي از تغييرات فاصله هوايي تعليق است. بدين منظور ابتدا مدل متعامد موتورهاي سنكرون خطي از نوع تحريك با جريان مستقيم با حذف سيم پيچي هاي دمپر از مدار معادل موتورهاي سنكرون چرخشي كه در مختصات فريم ثابت روتور نوشته شده است، استخراج مي گردد. سپس به منظور بررسي اثر تغييرات فاصله هوايي تعليق بر عملكرد بخش پيشرانش اندوكتانس هاي مغناطيس كنندگي در راستاي محورهاي مستقيم و يك چهارم (كه به صورت فرضي روي روتور درنظرگرفته مي شوند) براي اين نوع قطار برحسب فاصله هوايي تعليق استخراج مي گردد. ميدان مغناطيسي استاتور در راستاي محورهاي مستقيم و يك چهارم و ميدان مغناطيسي روتور يا بخش متحرك در راستاي محور مستقيم مي باشد. براي اينكه بتوان از تمام ظرفيت سيستم پيشرانش براي توليد نيروي پيشرانش استفاده كرد مي بايست جريان استاتور در راستاي محور مستقيم صفر گردد. به منظور كنترل سرعت قطار و جريان استاتور ،كنترل كننده خطي تناسبي- انتگرالگير چند متغيره براساس معادلات خطي سازي شده موتور سنكرون خطي از نوع تحريك با جريان مستقيم حول نقطه كار، طراحي مي گردد. سپس به منظور مقاوم نمودن سيستم در حضور نامعيني ها و اغتشاشات، كنترل كننده غيرخطي مد لغزشي برمبناي تئوري پايداري لياپانوف طراحي مي گردد. درنهايت با شبيه¬سازي ديناميك غيرخطي، عملگرها و كنترل‌كننده در محيط سيمولينك نرم‌افزار متلب و با تلفيق كنترل‌كننده هاي تعليق، هدايت و پيشرانش و اعمال به سيستم غيرخطي در حضور اغتشاشات و نامعيني هاي پارامتري، صحت عملكرد الگوريتم هاي كنترلي پيشرانش با درنظر گرفتن ملاحظات عملياتي قطار ترنسرپيد 07 مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است.

1397/10/04

Design and Simulation of full motion control (suspension, guidance and propulsion) of the Maglev Train EMS

4/17/2019 12:00:00 AM

Electro magnetic suspension trains (EMS) have been under research and development since 1930 in Germany. Several laboratory and commercial samples have been produced under the name Transrapid. These trains are driven by three suspension, guidance and propulsion systems at speeds of more than 400 km / h on a flat rail. These trains are suspended by a suspension system at a distance of 1 cm from the rail level, and the guidance system guides the bogie of the train from the side walls of the rails transversely. The propulsion of these trains is done by a linear synchronous motor of DC excitation type. The purpose of doing this thesis is to design and simulate the full control of the EMS maglev trains.including suspension control system, guidance control system and propulsion control system simultaneously. Controlling suspension and guidance has been done in past research, and in this thesis the results of their design are used. In research done, the controller has been used to control the suspension and guidance airagps. The goal is design for propulsion system controller in order to track the EMS train speed profile with considering effects due to changes of suspension air gap. For this purpose, the orthogonal model of linear synchronous motors with DC excitation is extracted by removing damper windings from the circuit of equivalent rotational synchronous motors, which is written in rotor constant frame coordinates. Then, in order to investigate the effect of the suspension air gap changes on the performance of the propulsion, Magnetizing inductances in line with the axes d and q for this type of train, it is extracted in terms of air suspension. The stator’s magnetic field is in line with the d and q axes. The magnetic field of the rotor or the moving section is in the direction of the d-axes. In order to be able to use all the capacity of the propulsion system to generate propulsion force, the stator d axes current should be zeroed. In order to control of train velocity and stator current, linear multivariable PI controller around of working points, have been designed in base of linearized equations of linear synchronous motors with DC excitation. Then, in order to having the robust system in the presence of uncertainties and disturbances, a non-linear controller of sliding mode is designed. finally, with the simulation of nonlinear dynamics, operators and controller in the Simulink environment of the MATLAB software, and with combining, guidance propulsion and suspension controllers, and apply to the nonlinear system in the presence of disturbances and parametric indeterminacy, on the basis of Lyapunov's theory of stability, the performance of the propulsion control algorithms considering the operational considerations of the Transrapid 07 train has been analyzed.