1、第 卷 第 期 北 京 交 通 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) Vol. No. 年 月 JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERCITY Nov. 磁懸浮列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)方案的設(shè)想學(xué) 院： 交通運(yùn)輸學(xué)院 班 級(jí)： 鐵路1208班 姓 名： 白海龍 學(xué) 號(hào):_12251205_ _磁懸浮列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)方案的設(shè)想白海龍 12251205北京交通大學(xué) 100044摘 要： HYPERLINK /view/34814.htm t /_blank 磁懸浮 HYPERLINK /subview/151126/11111933.htm t /_blank 列車(chē)是一種靠 HYPERLI

2、NK /view/34814.htm t /_blank 磁懸浮力來(lái)推動(dòng)的列車(chē)。由于其 HYPERLINK /subview/267409/10978664.htm t /_blank 軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)不同于其他列車(chē)需要接觸地面，因此只受來(lái)自空氣的 HYPERLINK /subview/84913/8050629.htm t /_blank 阻力。磁懸浮列車(chē)的速度可達(dá)每小時(shí)400公里以上，比輪軌 HYPERLINK /view/133600.htm t /_blank 高速列車(chē)的380多公里還要快。1970年以后，隨著世界工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其

3、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及中國(guó)都相繼開(kāi)始籌劃進(jìn)行磁懸浮 HYPERLINK /view/4704243.htm t /_blank 運(yùn)輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。我國(guó)第一輛磁懸浮列車(chē)2003年1月開(kāi)始在上海運(yùn)行。針對(duì)磁懸浮列車(chē)的特點(diǎn)，在未來(lái)磁懸浮列車(chē)的普及勢(shì)在必行。而除了硬件技術(shù)問(wèn)題，磁懸浮列車(chē)的推廣首當(dāng)其沖的就是解決其控制系統(tǒng)的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：磁懸浮列車(chē)；運(yùn)行控制系統(tǒng)；推廣；設(shè)想 PAGE 5 北 京 交 通 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 卷1 磁懸浮列車(chē)簡(jiǎn)介地 HYPERLINK /view/34814.htm t /_blank 磁懸浮 HYPERLINK /subview/151126/11111933

4、.htm t /_blank 列車(chē)是一種靠 HYPERLINK /view/34814.htm t /_blank 磁懸浮力來(lái)推動(dòng)的列車(chē)。由于其 HYPERLINK /subview/267409/10978664.htm t /_blank 軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)不同于其他列車(chē)需要接觸地面，因此只受來(lái)自空氣的 HYPERLINK /subview/84913/8050629.htm t /_blank 阻力。磁懸浮列車(chē)的速度可達(dá)每小時(shí)400公里以上，比輪軌 HYPERLINK /view/133600.htm t /_blank 高速列車(chē)的380多公里還要快。 HYPERLINK

5、/view/451406.htm t /_blank 磁懸浮技術(shù)的研究源于德國(guó)，早在1922年，德國(guó)工程師赫爾曼肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請(qǐng)了磁懸浮列車(chē)的 HYPERLINK /view/50915.htm t /_blank 專(zhuān)利。1970年以后，隨著世界工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及中國(guó)都相繼開(kāi)始籌劃進(jìn)行磁懸浮 HYPERLINK /view/4704243.htm t /_blank 運(yùn)輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。我國(guó)第一輛磁懸浮列車(chē)2003年1月開(kāi)始在上海運(yùn)行。2 磁懸浮列車(chē)技術(shù)分析2.1 工作原理 HYPERLINK /

6、view/34814.htm t /_blank 磁懸浮列車(chē)?yán)秒姶朋w“同 HYPERLINK /view/129754.htm t /_blank 極相斥，異極吸”的原理，讓 HYPERLINK /view/38638.htm t /_blank 磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使車(chē)體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛。由于磁鐵有同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引兩種形式，故磁懸浮列車(chē)也有兩種相應(yīng)的形式：一種是利用磁鐵同名磁極相互排斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車(chē)，它利用車(chē)上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使車(chē)體懸浮運(yùn)行的鐵路；另一種則是利用磁

7、鐵異名磁極相互吸引原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車(chē)，它是在車(chē)體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持1015毫米的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的排斥力與車(chē)輛的重力平衡，從而使車(chē)體懸浮于車(chē)道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。2.2 技術(shù)系統(tǒng) HYPERLINK /subview/6466/5048124.htm t /_blank EMS是一種吸力懸浮系統(tǒng)，是結(jié)合在 HYPERLINK /view/7275.htm t /_blank 機(jī)車(chē)上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互排斥產(chǎn)生懸浮。常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)工作時(shí)，首先調(diào)整車(chē)輛下部的懸浮

8、和導(dǎo)向電磁鐵的電磁排斥力，與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生 HYPERLINK /view/38638.htm t /_blank 磁鐵反作用將列車(chē)浮起。在車(chē)輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車(chē)輪與軌道保持一定的側(cè)向距離，實(shí)現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無(wú)接觸支撐和無(wú)接觸導(dǎo)向。車(chē)輛與行車(chē)軌道之間的懸浮間隙為10毫米，是通過(guò)一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的。此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與 HYPERLINK /view/2526719.htm t /_blank 列車(chē)運(yùn)行速度無(wú)關(guān)，所以即使在停車(chē)狀態(tài)下列車(chē)仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài)。 HYPERLINK /view/88004.htm t /_blank E

9、DS將磁鐵使用在運(yùn)動(dòng)的機(jī)車(chē)上以在導(dǎo)軌上產(chǎn)生電流。由于機(jī)車(chē)和導(dǎo)軌的 HYPERLINK /view/679286.htm t /_blank 縫隙減少時(shí)電磁斥力會(huì)增大，從而產(chǎn)生的電磁斥力提供了穩(wěn)定的機(jī)車(chē)的支撐和導(dǎo)向。然而機(jī)車(chē)必須安裝類(lèi)似車(chē)輪一樣的裝置對(duì)機(jī)車(chē)在“起飛”和“著陸”時(shí)進(jìn)行有效支撐，這是因?yàn)镋DS在 HYPERLINK /view/7275.htm t /_blank 機(jī)車(chē)速度低于大約25英里/小時(shí)無(wú)法保證懸浮。EDS系統(tǒng)在低溫超導(dǎo)技術(shù)下得到了更大的發(fā)展。 磁懸浮列車(chē)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線電動(dòng)機(jī)的原理。車(chē)輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就像是同步直線電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)

10、繞組起到電樞的作用，它就像同步直線電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)定子繞組。從電動(dòng)機(jī)的工作原理可以知道，當(dāng)作為定子的電樞線圈有電時(shí)，由于電磁感應(yīng)而推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，當(dāng)沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車(chē)一起就像電機(jī)的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)。從而在懸浮狀態(tài)下，列車(chē)可以完全實(shí)現(xiàn)非接觸的牽引和制動(dòng)。 導(dǎo)向系統(tǒng)是一種側(cè)向力來(lái)保證懸浮的機(jī)車(chē)能夠沿著導(dǎo)軌的方向運(yùn)動(dòng)。必要的推力與懸浮力相類(lèi)似，也可以分為 HYPERLINK /view/148429.htm t /_blank 引力和 HYPERLINK /view/463203.htm t /_blank 斥

11、力。在機(jī)車(chē)底板上的同一塊電磁鐵可以同時(shí)為導(dǎo)向系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)提供動(dòng)力，也可以采用獨(dú)立的導(dǎo)向系統(tǒng)電磁鐵。2.2 運(yùn)行控制系統(tǒng)基本要求基于磁懸浮列車(chē)的上述特點(diǎn)和工作原理，其列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)必須滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)基本要求：駕駛功能：參照現(xiàn)代鐵路高速列車(chē)與民航客機(jī)現(xiàn)行的控制系統(tǒng)，在將來(lái)磁懸浮列車(chē)投入運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)采用自動(dòng)控制為主人工控制為輔的控制方式。具體包括自動(dòng)懸浮控制功能、電力牽引控制功能、電力制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)控制功能、車(chē)門(mén)控制功能、電源控制功能、輔助設(shè)備控制功能。保護(hù)功能：保護(hù)功能參考鐵路高速列車(chē)現(xiàn)行控制系統(tǒng)與法國(guó)、德國(guó)以及日本等國(guó)系統(tǒng)，應(yīng)采用全自動(dòng)移動(dòng)閉塞的方式。其基本功能應(yīng)包括以下幾方面：進(jìn)站保護(hù)功能、曲線

12、限速保護(hù)功能、超速防護(hù)功能、對(duì)駕駛誤操作自動(dòng)保護(hù)功能。監(jiān)視功能：監(jiān)視系統(tǒng)也采用全自動(dòng)方式，具體包括：速度測(cè)量和列車(chē)定位功能、進(jìn)站檢測(cè)功能、全列車(chē)狀態(tài)檢測(cè)與顯示功能、故障診斷功能。3 磁懸浮列車(chē)的應(yīng)用現(xiàn)狀由于磁懸浮列車(chē)具有快速、低耗、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)，因此前景十分廣闊。常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)可達(dá)400至500公里/小時(shí)，超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)可達(dá)500至600公里/小時(shí)。它的高速度使其在1000至1500公里之間的旅行距離中比乘坐飛機(jī)更優(yōu)越。由于沒(méi)有輪子、無(wú)摩擦等因素，它比目前最先進(jìn)的高速火車(chē)少耗電30%。在500公里/小時(shí)速度下，每座位/公里的能耗僅為飛機(jī)的1/3至1/2，比汽車(chē)也少耗能30%。因無(wú)輪軌接觸，

13、震動(dòng)小、舒適性較好。磁懸浮列車(chē)在運(yùn)行時(shí)不與軌道發(fā)生摩擦，發(fā)出的噪音較低。而由于電磁強(qiáng)、輻射大、制動(dòng)差、安全不可靠、環(huán)保低；經(jīng)常坐會(huì)導(dǎo)致男性永久陽(yáng)痿、早泄、和前列腺增生，女性會(huì)導(dǎo)致月經(jīng)失調(diào)、痛經(jīng)、和婦科癥等，孕婦乘坐會(huì)導(dǎo)致孩子畸形或小產(chǎn)，未成年人會(huì)導(dǎo)致不長(zhǎng)個(gè)子、瘦弱、精神遲鈍、反應(yīng)性差;容易患上白血??！對(duì)老年人會(huì)導(dǎo)致失眠健忘血壓失穩(wěn)目光呆滯脾氣暴躁，強(qiáng)烈的電磁輻射會(huì)是體內(nèi)的鐵分子發(fā)生癌聚變影響鐵元素生理功能。電磁輻射隔離技術(shù)有待加強(qiáng)。 加之缺少相配套的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，導(dǎo)致列車(chē)運(yùn)行成本高昂，票價(jià)十分昂貴，現(xiàn)階段仍停留于觀光體驗(yàn)階段。只有設(shè)計(jì)并使用合理的運(yùn)行控制系統(tǒng)才能真正解決此類(lèi)問(wèn)題，做到把磁懸

14、浮技術(shù)用于生活，造福民間。4運(yùn)行系統(tǒng)與速度防護(hù)類(lèi)型4.1 磁懸浮列車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)類(lèi)型參考我國(guó)高速鐵路現(xiàn)行的CTCS（Chinese Train Control System）系列列控系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，可以想象在將來(lái)磁懸浮列車(chē)運(yùn)營(yíng)中投入使用的“CMTCS”（Chinese Maglev Train Control System）系統(tǒng)?；谥罢撌龅拇艖腋×熊?chē)列控系統(tǒng)的駕駛功能。其列控系統(tǒng)應(yīng)類(lèi)似CTCS4級(jí)系統(tǒng)，完全基于無(wú)線控制和通信，衛(wèi)星定位，無(wú)須地面信號(hào)設(shè)備；車(chē)載列車(chē)完整性檢查；實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞，提高運(yùn)輸能力。具體表現(xiàn)為：自動(dòng)懸浮控制功能：通過(guò)自動(dòng)控制與車(chē)地感應(yīng)系統(tǒng)保證列車(chē)平穩(wěn)正常的懸浮與運(yùn)行。電力牽引控制

15、功能：由大型電腦控制軌道交變電流的變化，增加精準(zhǔn)度保證列車(chē)獲得穩(wěn)定的前進(jìn)動(dòng)力。電力制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)控制功能：可采用機(jī)械制動(dòng)與電力再生制動(dòng)兩種方式協(xié)同作用，保證停車(chē)距離的同時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果。車(chē)門(mén)控制功能：保證列車(chē)?？空臼擒?chē)門(mén)順暢開(kāi)啟以及在運(yùn)行過(guò)程中與外界環(huán)境隔離。應(yīng)輔以手動(dòng)開(kāi)關(guān)，以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。電源控制功能：利用列車(chē)移動(dòng)自行發(fā)電，控制車(chē)廂內(nèi)各電力設(shè)備正常工作。包括照明、空調(diào)、換氣等。從而達(dá)到節(jié)省電能的目的 （6）輔助設(shè)備控制功能：包括無(wú)線通訊，以及與客戶(hù)服務(wù)相關(guān)的功能。4.2 磁懸浮列車(chē)速度防護(hù)類(lèi)型高速鐵路現(xiàn)行的CTCS4級(jí)速度防護(hù)系統(tǒng)中，由地面無(wú)線閉塞中心(RBC）和車(chē)載設(shè)備完成列車(chē)占用檢測(cè)及完

16、整性檢查，點(diǎn)式信息設(shè)備提供列車(chē)用于測(cè)距修正。其他方式同CTCS3級(jí)系統(tǒng)?，F(xiàn)階段適用300km/h及以上高速客運(yùn)專(zhuān)線，并在應(yīng)用中表現(xiàn)良好。為適應(yīng)磁懸浮列車(chē)的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)改造，可將此類(lèi)無(wú)線移動(dòng)閉塞方式應(yīng)用到未來(lái)的磁懸浮列車(chē)速度防護(hù)中。具體表現(xiàn)為：進(jìn)站保護(hù)功能：參考地鐵采用的制動(dòng)方式，通過(guò)協(xié)調(diào)機(jī)械制動(dòng)與電力再生制動(dòng)，控制列車(chē)進(jìn)站速度和?？课恢?，做到精準(zhǔn)停站。自動(dòng)化為主，人工制動(dòng)為輔的方式，減小駕駛員工作量，盡可能避免人工失誤，提高列車(chē)運(yùn)行舒適性。曲線限速保護(hù)功能：采用移動(dòng)閉塞方式和曲線限速保護(hù)方式。此類(lèi)方式通過(guò)區(qū)段總控制室協(xié)調(diào)各車(chē)速度與距離，采用無(wú)線傳輸，最大程度釋放線路運(yùn)能。超速防護(hù)功能：

17、列車(chē)速度防護(hù)系統(tǒng)通過(guò)列車(chē)自帶速度檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)獲取列車(chē)運(yùn)行瞬時(shí)速度，并與控制系統(tǒng)發(fā)布的安全速度和區(qū)段頂棚速度相比較。確保列車(chē)在安全速度下運(yùn)行。對(duì)駕駛誤操作自動(dòng)保護(hù)功能：當(dāng)出于突發(fā)事件由自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)為人工駕駛時(shí)，計(jì)算機(jī)不是停止工作，而是后臺(tái)監(jiān)控人工駕駛操作。一旦出現(xiàn)操作失誤，計(jì)算機(jī)馬上提示駕駛員更改操作，為列車(chē)運(yùn)行增加雙保險(xiǎn)。5 配套關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備5.1 車(chē)地傳輸技術(shù)完全基于無(wú)線通訊的車(chē)地傳輸技術(shù)由地面無(wú)線閉塞中心(RBC）和車(chē)載設(shè)備完成列車(chē)占用檢測(cè)及完整性檢查。其關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備主要有：RBC主機(jī)、ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）服務(wù)器、RBC維護(hù)終端-主機(jī)維護(hù)、接口服務(wù)器（微機(jī)監(jiān)測(cè)CSM/調(diào)度集中CTC

18、）、RBC本地操作控制終端、RBC司法記錄器（WJRU）-記錄所有的主機(jī)與接口的交互事件和系統(tǒng)狀態(tài)、測(cè)試服務(wù)器、密鑰管理工具（根據(jù)內(nèi)部保存的密鑰信息區(qū)分正常的列車(chē)呼叫和非法攻擊）。5.2 測(cè)速定位技術(shù) 列車(chē)定位技術(shù)采用衛(wèi)星定位，包括衛(wèi)星實(shí)時(shí)定位，雙向傳輸位置信息，實(shí)時(shí)報(bào)告列車(chē)位置。并輔以GIS系統(tǒng)對(duì)列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)采集、存儲(chǔ)、處理的功能。列車(chē)測(cè)速技術(shù)的核心設(shè)備則為速度傳感器，速度傳感器屬于磁電式感應(yīng)器，安裝在動(dòng)車(chē)組兩端車(chē)頭的第二軸和第三軸上，將各軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后加以輸出。車(chē)載設(shè)備根據(jù)速度傳感器傳輸?shù)乃俣让}沖信號(hào)檢測(cè)列車(chē)速度，并根據(jù)列車(chē)速度判斷是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)、滑行現(xiàn)象。車(chē)載設(shè)備的測(cè)速系統(tǒng)要求

19、配置兩套速度傳感器。車(chē)載設(shè)備的速度傳感器需要獨(dú)立于機(jī)車(chē)配置，但可以為機(jī)車(chē)及其它車(chē)載設(shè)備提供速度通道。5.3 其他配套技術(shù)以上設(shè)想中的“CMTCS”控制系統(tǒng)中，如需實(shí)現(xiàn)全部功能，還需要其他配套技術(shù)與設(shè)備的支持。具體表現(xiàn)為：列車(chē)發(fā)電設(shè)備：列車(chē)高速運(yùn)行中，能夠自行發(fā)電滿(mǎn)足自身內(nèi)部設(shè)備使用。從而達(dá)到節(jié)能目的。列車(chē)表面耐高溫材料：列車(chē)高速運(yùn)行過(guò)程中與空氣劇烈摩擦，需耐高溫材料保護(hù)。電磁輻射防護(hù)設(shè)備：隔絕電磁輻射提高安全性。線路周邊保護(hù)設(shè)備：保護(hù)線路不被侵入。低成本的線路鋪設(shè)和運(yùn)行技術(shù)：現(xiàn)階段磁懸浮列車(chē)技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟，力求盡快將技術(shù)平民化。6 結(jié)語(yǔ)綜上所述，磁懸浮列車(chē)有自己的優(yōu)勢(shì)也有弊病。相信在不久的將來(lái)

20、，此項(xiàng)技術(shù)能夠完善，輔以先進(jìn)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，投入運(yùn)營(yíng)。通過(guò)合適的方式，真正為大眾服務(wù)。參考文獻(xiàn)1徐龍華，李劍鋒.中低速磁浮列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的方案及其實(shí)現(xiàn).國(guó)防科技大學(xué)研究三院，2005-07-05.2吳丹著 ;寧濱 教授 . HYPERLINK 4:8080/usp/apabi_usp/pub.mvc?pid=book.detail&metaid=META01120090&dt=TASIMETA400&cult=CN 高速磁懸浮列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究與仿真 = Research and simulation on high-speed maglev operation control sy

21、stem，20043徐家鎮(zhèn) ; 徐洪澤。 HYPERLINK :3210/bjtu/?ctx_ver=Z39.88-2004&ctx_enc=info:ofi/enc:UTF-8&ctx_tim=2014-12-09T19:36:06IST&url_ver=Z39.88-2004&url_ctx_fmt=infofi/fmt:kev:mtx:ctx&rfr_id=info:sid/:primo3-Article-cqvip&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:journal&rft.genre=article&rft.atitle=磁懸浮列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)仿真環(huán)境研究&rft.jtitle=微型機(jī)與應(yīng)用&rft.btitle=&rft.aulast=&rft.auinit=&r