DE3323344C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Größe
des Luftspaltes zwischen dem Tragmagneten und einer den magnetischen
Rückschluß bildenden Trasse bei Magnetsystemen gemäß
den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Der Schwebevorgang mittels elektrischer Zugmagnete zur berührungslosen
Stützung von Körpern und insbesondere Fahrzeugen
bedarf einer regelungstechnischen Stabilisierung. Dies bedeutet,
vereinfacht ausgedrückt, daß im Regelkreis Signale über
den Schwebezustand des Magneten zugeführt werden, die dieser
in Befehle zur Aussteuerung eines Verstärkers umsetzt, der
seinerseits den Strom der Magnetspule aussteuert. Diese Aussteuerung
erfolgt so, daß eine Strom- und damit eine Kraftvergrößerung
erfolgt, wenn der Spalt sich vergrößert und umgekehrt.
Die Stützung eines Fahrzeuges wird über eine größere
Zahl individuell geregelter Magnete vorgenommen. Durch die
vielteilige Stützung kann ein gutes Folgeverhalten der Magnete
und damit eine gute Übereinstimmung mit den Besonderheiten der
Fahrbahn und schließlich ein kleinerer mittlerer Tragspalt
erreicht werden. Dies wiederum ist für die Dimensionierung der
Magnete von Bedeutung und erleichtert die Erzielung einer
hohen dynamischen Regelgüte. Die Einzelmagnetregelung erfordert
die mechanische Einstellbarkeit (Führung) jedes einzelnen
Magneten gegenüber dem Fahrzeugkörper, wenn die Stützung nicht
mechanisch überbestimmt sein soll. Zur Erzielung eines ausreichenden
Federungskomforts (kleine Beschleunigung auf den Fahrgast)
wird eine mechanisch weiche Sekundärfederung mit relativ
großem Federweg zwischen einem sogenannten Schwebegestell und
dem Fahrzeugkasten angeordnet. Die Kopplungselemente zwischen
Magneten und Schwegegestell in der Form von Federn und Dämpfer
sind im Verhältnis zur Sekundärfeder steifer und lassen nur
relativ kleine Bewegungen gegenüber dem Schwebegestell
(ähnlich wie bei den Radsatzfedern der rollenden Bahn) im
Bereich von 1 ÷ 2 cm zu.
Die Problematik der Schweberegelung ist sowohl eine Problematik
der Messung der schwebetechnisch wichtigen Größen als auch
eine Frage der geeigneten Verarbeitung dieser Signale im Regler.
Ersteres muß ausreichend genau sein und soll alle für den
Regler notwendigen Größen vollständig erfassen. Nur bei Einhaltung
dieser Forderungen kann durch den Regler die Stabilität
im Hinblick auf alle denkbaren Störeinflüsse gewährleistet
werden. Das Regelungskonzept hängt wesentlich von den zur Verfügung
stehenden Meßgrößen ab. Die bislang verfolgten Konzepte
gehen vorwiegend von einer Stabilisierung mit Hilfe einer
Zustandsregelung des Schwebemagneten aus. Als für den Schwebezustand
wichtige Größen werden der Luftspalt zwischen Tragmagnet
und Trasse die Schwebespaltgeschwindigkeit und die
Beschleunigung (in absoluten Koordinaten) meßtechnisch ermittelt
und im Regler zu einem Aussteuerungsbefehl für die
Verstärkerstufe (und damit zur Stellung des Spulenstromes)
verarbeitet.
Einer direkten Messung zugänglich sind dabei der Luftspalt,
der mit einem Spaltsensor z. B. basierend auf der Messung der
Ausbreitungseigenschaft eines hochfrequenten elektromagnetischen
Feldes ermittelt wird, und die Beschleunigung des
Magneten, die über einen Beschleunigungsmesser bestimmt wird.
Die für die Realisierung der Dämpfung im Regler wichtige
Schwebespaltgeschwindigkeit wird über eine Nachbildung des
Schwebevorganges, d. h. über ein Prozeßmodell (Beobachterschaltung)
unter Benutzung der Beschleunigung bestimmt, da die
Differentiation des Spaltsignals mit analogen Bauelementen zu
größeren Fehlern führt. Es zeigt sich allerdings, daß die
Anwendung einer Beobachterschaltung insofern an Grenzen stößt,
als die Erfassung der komplexen Struktur der Regelstrecke zu
Problemen führt. Der Arbeitsbereich zufriedenstellender
Genauigkeit ist für Regelungen dieser Art begrenzt. Um z. B.
die elastischen Eigenschaften der Fahrbahn mit zu erfassen und
eine Systemdämpfung zu realisieren, ist es notwendig, die
vollständige Bewegungsbeschreibung in Bezug zur Fahrbahn einschließlich
der zweiten Ableitung des Luftspaltsignals mit in
die Regelung einzubeziehen. Es erscheint aber auch zweckmäßig,
die Stabilisierung nicht ausschließlich nach dem auf die
Fahrbahnkoordinate bezogenen Schwebeverhalten auszurichten,
wenn eine dynamisch hochwertige Regelung für einen hohen
Fahrkomfort angestrebt wird. So ist z. B. zur Stabilisierung
nach (Kraft-)Störungen, die vom Fahrzeugkörper oder
Schwebegestell auf den Magneten übertragen werden, die absolut
gemessene Beschleunigung ein wichtiger (Kraft-)Indikator zur
Ableitung von Reglerbefehlen.
Ebenso ist die Kenntnis der Beschleunigung der vertikalen
Komponente zur Sicherstellung eines ausreichend schwingungsarmen
Schwebeverhaltens der Fahrzeugzelle von einer gewissen
Bedeutung. Hier kann z. B. eine frequenzabhängige Begrenzung
der Vertikalamplitude durch die Komfortbedingung aufgestellt
werden.
Die Funktion des Reglers sollte dann darin bestehen, die
Stabilisierung adaptiv z. B. durch Veränderung des Luftspaltsollwerts
und gegebenenfalls anderer Regelparameter, z. B.
durch geändertes Folgeverhalten gegenüber der Fahrbahn, den
bestehenden Bedingungen anzupassen. Es erscheint für dieses
Beispiel auch möglich, sich zusätzlich einer meßtechnischen
Komforterfassung in der Fahrgastzelle zu bedienen.
Hieraus läßt sich folgern, daß sich dynamisch hochwertige
Schweberegelungen insbesondere beim Bahnbetrieb dadurch realisieren
lassen, daß die meßtechnische Erfassung von vier vertikalen
mechanischen Größen, drei fahrbahnbezogenen Bewegungsgrößen
Luftspalt, Schwebespaltgeschwindigkeit, Schwebespaltbeschleunigung
und die Beschleunigung in absoluten Koordinaten
ermöglicht wird.
Die Erfahrung mit herkömmlichen Sensiertechniken zeigt, daß
Schwierigkeiten bei der Verwendung der Schwebespaltgeschwindigkeit
aus Beobachternetzwerken oder durch Differentiation
mit Hilfe analoger Techniken bestehen. Es ist weiterhin unerwünscht,
den Luftspalt über ein verhältnismäßig teueres,
mechanisch und elektrisch empfindliches Meßglied zu ermitteln,
das verhältnismäßig große Anforderungen an die Auswertelektronik
stellt und räumlich am Magnet schwer unterzubringen
ist. Auch der Beschleunigungsmesser zur Erfassung der
Beschleunigung in Absolutkoordinaten ist ein normalerweise
empfindliches Meßgerät. Es basiert auf dem Drehspulprinzip und
erweist sich vielfach als störanfällig und teuer; seine Vermeidung
erscheint höchst wünschenswert. Von diesen Meßgliedern
wird bei einem Schwebefahrzeug jeweils eine große Anzahl
benötigt.
Es ist z. B. aus DE-OS 32 37 843 bekannt, daß eine Spaltermittlung,
d. h. eine Bestimmung der Spaltgröße aus der Messung von
magnetischem Fluß bzw. magnetischer Induktion und dem Spulenstrom,
von dem dieses Feld hervorgerufen wird, erfolgen kann.
Weiterhin ist bekannt, daß auch die Luftspaltkraft, die dem
Quadrat der Induktion proportional ist, daraus oder indirekt
ermittelt werden kann. Die Herleitung der Schwebespaltgeschwindigkeit
ist aus dem indirekt gewonnenen Meßsignal für
den magnetischen Fluß eines Sensor-Magnetkreises mit Permanenterregung
am Luftspalt erreicht worden. Nachteilig erscheint
hierbei der Raumbedarf und die nicht problemlose
Unterbringung des im Volumen nicht sehr kleinen Sensors im
Bereich des Tragmagneten, dessen Lage zu sensieren ist. Es
gibt darüber hinaus Vorschläge, die Luftspaltkraft in den
Regelkreis mit einzubeziehen, wobei offenbar angenommen wurde,
damit eine Ermittlung der Beschleunigung umgehen zu können. Es
zeigt sich jedoch, daß eine am Magnet angreifende Komponente
der resultierenden Kraft kein Ersatz für die vom Regler benötigte
Beschleunigung, die aus der resultierenden Kraft gebildet
wird, sein kann.
Keiner der bisher bekannten, realisierbaren Vorschläge geht
jedoch soweit, daß eine Ermittlung der vier genannten
Zustandsgrößen durch ausschließlich indirekte (elektrische und
magnetische) Messungen vorgenommen würde. Sofern vier
Bewegungsgrößen verwertet sind, werden zwei davon durch eine
direkte Messung ermittelt. Die Schwebespaltgeschwindigkeit
wird normalerweise mit Unzulänglichkeiten in nachgebildeter
Form verwendet. Um Beeinträchtigungen des Meßobjekts und der
Tragkraft am Luftspalt durch einen zusätzlichen Meßwertaufnehmer
zu vermeiden, wird in der vorliegenden Anmeldung die
Heranziehung der Signale des Tragmagneten selbst bevorzugt.
Beeinträchtigungen der Tragkraft durch einen besonderen Meßwertaufnehmer
lassen sich somit vermeiden.
Im Hinblick auf die Weiterentwickung der Magnetschwebetechnik
erscheint es notwendig, die Ansprüche an die Meßglieder hinsichtlich
Empfindlichkeit und Komplexität zu verringern und
auch die Kosten für Regler und Meßeinrichtung zu reduzieren.
Die Entwicklung und Anwendung verbesserter und anpassungsfähigerer
Reglerkonzepte wird durch eine Bereitstellung von 4 Bewegungsgrößen
begünstigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die direkte
Ermittlung der Spalt- und Beschleunigungssignale zu umgehen,
um so die meßtechnische Voraussetzung für die Schweberegelung
zu vereinfachen sowie sicherer und kostengünstiger zu
gestalten.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Lösung dieser Aufgabe setzt ein leistungsfähiges elektronisches
Rechnersystem z. B. in der Form von Mikroprozessoren
voraus. Diese Voraussetzung ist deshalb wichtig, weil aus den
Meßwerten wie z. B. Strom und Feldintensität das mechanische
Maß für die Größe des Luftspaltes durch Rechnung ermittelt
werden muß. Da die Regelung mit möglichst exakten Istwerten zu
versorgen ist, darf die Berechnung der mechanischen Meßdaten
nur einen Bruchteil der Ausregelzeit betragen. Dies darf beim
heutigen Stand der Mikroprozessortechnik z. B. bei Verwendung
von 16 Bit-Rechnern als gegeben angesehen werden. So haben die
praktischen Erfahrungen gezeigt, daß es möglich ist, mit einer
sehr hohen Genauigkeit den Luftspalt durch elektrische und
magnetische Meßgrößen zu erfassen, wobei die analogen Größen
digital abzutasten, im Rechner zu verarbeiten und dann an den
Regler weiterzugeben sind.
Wie gezeigt werden konnte, ist es ebenfalls möglich, mit zufriedenstellender
Genauigkeit die Ableitung der Länge des
Luftspaltes aus elektrischen Signalen und der zusätzlichen
Verwendung des berechneten Abstandes im Prozeßrechner zu
bestimmen und so eine Beobachterschaltung zu umgehen. Ähnliches
gilt für die zweite Ableitung der Länge des Luftspalts.
Die zur Schwebestabilisierung wichtige absolute Beschleunigung
kann ebenfalls über die Auswertung von elektrischen und magnetischen
Meßdaten, also aus einer indirekten Messung einfacher
Art mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Es ist hierzu notwendig,
alle am Magneten angreifenden Kräfte in vertikaler
Richtung zu ermitteln. Dies kann, wie noch gezeigt werden
wird, auf die rechnerische Auswertung von Meßdaten zurückgeführt
werden. Wird die resultierende Kraft durch die Masse des
Magneten dividiert, kann die Beschleunigung rechnerisch
ermittelt werden.
Wie Fig. 1 schematisch zeigt, ist damit für das Fahrzeug ein
dreistufiges Feder-Masse-System mit der magnetischen Stützung
als erster Federebene gegeben. Der dem Magnetfeld zugeordnete
Spalt (in vertikaler Richtung) wird mit s₁ bezeichnet. Die
mechanisch elastische Ankopplung der Magnete an das Schwebegestell
bedingt dort den variablen Spalt s₂ bzw. den Federweg
s₂-s₂₀. Schließlich wird durch die Sekundärfederung ein
Federweg s₃-s₃₀ zwischen Gestell und Fahrzeugkörper
beobachtet. Die Abstimmung von Federeigenschaften (und
Dämpfer) und die Aufteilung der Massenanteile m₁, m₂ und m₃
ist für die Erzielung einer hohen Schwebegüte der Fahrgastzelle
von Bedeutung. Die Berücksichtigung der in Fig. 1
nicht vollständig erfaßten Fahrzeuggliederung in Längs- und
Querrichtung führt zwar zu einer schwingungstechnisch noch
komplexeren Beschreibung, jedoch nicht zu prinzipiell anderen
Betrachtungen.
Mit Fig. 2 ergibt sich daraus das folgende einfache Konzept für
die Bestimmung der vier mechanischen Schwebegrößen. Die analoge
Erfassung von Magnetstrom, Meßspulenspannung und magnetischer
Induktion wird in einem einfachen primären Sensorsystem
vorgenommen. Die Erfassung von Strom, Spannung und magnetischer
Induktion kann bei ausreichender Genauigkeit durch
Anwendung handelsüblicher Strom- und Spannungsmeßstellen sowie
durch Hallsonden erfolgen. Nach Umwandlung der analogen
Signale in digitale Impulse werden diese dem Prozeßrechner zur
Ermittlung der vier mechanischen Schwebegrößen zugeführt.
Letztere dienen dem Regler als Istwerte zur Ermittlung des die
Aussteuerung im Endverstärker bewirkenden Steuersignals.
Durch die Rückführung der Messung auf die Sensierung von
gewöhnlichen elektrischen Größen wie Strom und Spannung sowie
die einfache Ermittlung einer Induktion wird die meßtechnische
Aufgabe im Vergleich zu einer Hochfrequenz-Wegmessung und der
Messung einer Beschleunigung mit Hilfe des hochempfindlichen
Drehspulsystems erheblich vereinfacht. Das Verfahren ist weniger
störanfällig und mit reduzierten Kosten ausführbar. Die
rechnerischen Voraussetzungen sind durch die heute verfügbaren
Mikrocomputer erfüllt. Die algebraischen Verknüpfungen
zur Ermittlung der Bewegungsgrößen werden nachfolgend noch
erläutert. Wie in Fig. 2 gezeigt, hat vor dem Eingang zum
Rechner die Wandlung der analogen Signale in digitaler Impulse,
die sogenannte AD-Wandlung zu erfolgen. Die Abtastung der Analogsignale
und die nachgeschaltete Verarbeitung im Rechner erfolgen
mit hoher Geschwindigkeit, so daß durch die beiden
Operationen keine Beeinträchtigung der Regelung entsteht.
Die Ermittlung der schwebetechnischen Größen vollzieht sich
damit in drei Stufen, die in Fig. 2 schematisch durch M, W und
R 1 bezeichnet sind.
Wenn, wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, die digitalen
Impulse für die Meßwerte ohne Rückverwandlung in analoge
Signale direkt im Prozeßrechner zur Ermittlung des Reglersignals
verarbeitet werden, ergibt sich ein weiterer Vorteil
des beschriebenen Konzepts. Die Zahl der notwendigen Signalwandlungsstufen
kann hierdurch besonders klein gehalten werden;
da die Endverstärkung normalerweise in einem Spannungssteller
vorgenommen wird, der selbst als digital-arbeitendes
Gerät konzipiert ist, bedarf es auch beim Ausgangssignal des
Reglers keiner Digital-Analog-Umwandlung.
Zu einer einfachen Erfassung der primären Meßsignale kommt somit
eine gerätetechnisch anspruchslose Signalverarbeitung bis
hin zum Spannungssteller. Für manche Anwendungsfälle erscheint
es möglich, daß die beiden Prozeßrechner R 1 und R 2 ein- und
demselben Rechnersystem angehören bzw. daß die rechnerischen
Operationen vom gleichen Rechner ausgeführt werden. Dies kann
zu weiteren Vereinfachungen führen.
Es sei ergänzend festgestellt, daß zur vollen Nutzung der
durch die berührungslose Tragtechnik gegebenen Möglichkeiten
auch die Anwendung der adaptiven Rgelung gehört. Es kann z. B.
der Spalt bei kleiner Fahrgeschwindigkeit aufgrund des günstigeren
dynamischen Verhaltens auf einen kleineren Sollwert geregelt
werden. Bei hohen Geschwindigkeiten erscheint es sinnvoll,
die Sicherstellung des Fahrkomforts durch eine Begrenzung
der auf den Magneten wirkenden maximalen Bescheunigung
zu überwachen oder zusätzliche Meßsignalen über das Schwingungsverhalten
der dem Tragmagnet nachgeschalteten Massen heranzuziehen.
Es erscheint weiter nützlich, die Stabilisierung
des Schwebeverhaltens bei Fahrzeug-Tragmagneten mit Hilfe der
vorausgewonnenen Informationen über den Verlauf des Fahrwegs
zu beschleunigen. Durch die Informationsaufbereitung mit Hilfe
von Rechnern und einer Kopplung einzelner dezentraler Rechnereinheiten
kann auch eine Wertung der Signale nach übergeordneten
Gesichtspunkten bzw. eine kombinierte Anwendung an
mehreren Stellen des Fahrzeuges empfehlenswert sein.
Das beschriebene Verfahren läßt sich auf diesen erweiterten
Problemkreis anwenden. Weit mehr als bei den bisher bekannt
gewordenen Techniken ist damit eine Grundlage für die Abdeckung
aller Anforderungen der praktischen Anwendung gegeben.
Die Berechnung des Abstandes zwischen Luftspalt und Tragmagnet
s₁ aus Meßgrößen elektrischer und magnetischer Art ergibt sich
bekanntlich aus dem Zusammenhang zwischen magnetischem Fluß
und elektrischen Strom. Mit B₁ und dem Spulenstrom i₁, der in
der Erregerspule fließt, kann der mechanische Spalt aus
folgender Gleichung berechnet werden:
Hierbei ist a₁ eine vom Magnet abhängige Konstante und der
Ausdruck a₂ · B₁ a₃+1 stellt den von der Sättigung abhängigen
fiktiven Luftspaltanteil dar. Der Exponent a₃+1<1 in diesem
Ausdruck deutet an, daß als Einfluß des Eisens ein nichtlinearer
Zusammenhang zur Induktion besteht.
Der Abstand s₁ kann somit aus den Meßgrößen i₁ und B₁ rechnerisch
ermittelt werden.
Die erste Ableitung des Abstandes zwischen Tragmagnet und
Trasse nach der Zeit stellt die Schwebespaltgeschwindigkeit
dar und errechnet sich durch eine entsprechende Ableitung aus
Gleichung 1 zu
Wird der Stromwert i₁ (t) in Abhängigkeit von der Zeit meßtechnisch
erfaßbar angenommen, so kann die zeitliche Ableitung
1D ] ₁ aus den Meßwerten z. B. als Differenzenquotient rechnerisch
angenähert werden. Ebenfalls möglich ist die Zuhilfenahme
eines Speichers für die Berechnung der Ableitung des Stromes,
die vom jeweiligen Betriebspunkt abhängig ist.
Die zeitliche Anleitung der magnetischen Induktion ₁ kann
grundsätzlich als Differenzenquotient berechnet werden. Es besteht
jedoch auch die Möglichkeit, durch eine Meßspule, die um
einen bestimmten Bereich des Magnetpols am Luftspalt angeordnet
wird, die dort auftretende Spannung zu messen. Bei
kleinem Meßstrom entspricht die von der Flußänderng in der
Meßspule hervorgerufene Klemmenspannung U₁ (t) der induzierten
Spannung, die direkt ₁ proportional ist. ₁ wird im folgenden
als eine meßtechnisch direkt erfaßbare Größe angesehen. Weiter
ist in Gleichung (2) der nach Gleichung (1) ermittelte Abstand
s₁ und die Induktion B₁ B₁ zu verwerten.
Wie Gleichung (2) zeigt, ist die rechnerische Ermittlung von
1D ] ₁ nur insoweit über rein meßtechnisch bestimmte Größen möglich,
als B₁ und ₁ betroffen sind; die Größe 1D ] ₁ muß aus i₁
durch Differentiation ermittelt werden.
Bei genügend hochfrequenter Abtastung der analog gemessenen
Größen und ausreichend schneller rechnerischen Ermittlung kann
1D ] ₁ als Differenzenquotient aus den Rechenwerten für s₁ zu zwei
gegebenen Zeitpunkten ohne den Umweg über die Gleichung (2)
direkt berechnet werden.
Berechnet man aus den analog gemessenen Größen, so werden
B₁, ₁, sowie i₁, 1D ] ₁ und benötigt. Die verhältnismäßig
umfangreiche Rechenoperation erfordert einen größeren Aufwand.
Noch stärker als im Falle der Gleichung (2) empfiehlt sich zur
Ermittlung von s₁ die Heranziehung entsprechender Differenzenquotienten,
in die s₁ und s₁ als bekannte Größen eingehen.
Es soll jedoch festgehalten werden, daß s₁, 1D ] ₁, und mit
Hilfe direkt und analog gemessener elektrischer und magnetischer
Größen und mit Hilfe der rechnerischen Möglichkeiten
schneller Prozeßrechner mit ausreichend kleiner Zykluszeit
bestimmbar sind. Die wichtige Größe der Vertikalbeschleunigung
in absoluten Koordinaten läßt sich mit Hilfe einer zusätzlichen
Magnetsonde in analoger Weise bestimmen.
Die vertikale Beschleunigung bezogen auf eine waagerechte
Ideallinie, die der Tragmagnet mit der Masse m₁ erfährt, kann
aus dem Newtonschen Gesetz und damit aus Kräften berechnet
werden. ergibt sich als Quotient zwischen der resultierenden
vertikalen Kraft und der Masse. Die resultierende vertikale
Kraft F z ist die Differenz der oben und unten angreifenden
Teilkräfte. Sie kann ermittelt werden aus
F z = F z 1-F G -F C -F D (3)
wobei
F z 1die im Spalt s₁ nach oben wirkende Magnetkraft,F G die Gewichtskraft,F C die Federkraft undF D die durch den Dämpfer bewirkte Kraft
F z 1die im Spalt s₁ nach oben wirkende Magnetkraft,F G die Gewichtskraft,F C die Federkraft undF D die durch den Dämpfer bewirkte Kraft
darstellen.
Zur Ermittlung der Magnetkraft sowie der Kräfte, die durch
Feder und Dämpfer bewirkt werden, werden indirekte Messungen
vorgenommen.
F z 1 kann aus einer magnetischen Größe, die Federkraft F C aus
dem Spalt s₂ und F D aus der Spalt-Änderungsgeschwindigkeit s₂
ermittelt werden.
In Fig. 3 ist skizziert, daß zur Sensierung des Spaltes s₂ ein
eigener kleiner magnetischer Kreis vorgesehen ist. Durch eine
vom Strom I₂ gespeiste Spule wird im Meßspalt s₂ das magnetische
Feld der Dichte B₂ hervorgerufen. Aus den meßbaren Größen
I₂ und B₂ kann dabei analog zu Gl. (1) auf s₂ geschlossen
werden.
Weiter wird angenommen, daß eine Meßspule vorhanden ist, an
deren Klemmen, die vom Strom I₂ hervorgerufene Flußänderung
eine Spannung U₂ zur Erfassung von ₂ erzeugt.
Zur Vereinfachung kann der Magnetsensor für den Meßspalt s₂
durch einen Permanentmagneten erregt werden. An die Stelle des
Spulenstromes tritt dann die dem Permanentmagneten eingeprägte
fiktive elektrische Durchflutung R M 2. Für s₂ ergibt sich eine
prinzipiell ähnliche Gleichung wie unter (1):
Unter dieser Voraussetzung gilt für R M 2 = const. und b₂ → 0
für s₂:
wobei ₂ aus der Spannung U₂ einer Meßspule am Magnetsensor
direkt bestimmt werden kann.
Zur Berechnung der einzelnen Kraftkomponenten der Gl. (3) gelten
folgende Beziehungen:
Für die Magnetkraft
mit
Ader Polfläche
μ₀der Permeabilität von Luft
B₁als Meßwert ermittelt
Die Gewichtskraft
F G = m₁ · g, (7)
mit
gder Erdbeschleunigung undm₁der Masse
Die Federkraft
F C = C₂(S₂-S₀), (8)
mit
c₂der Federkonstante
s₂gerechnet aus Meßwerten
s₀entspricht dem Federnullpunkt (Ort für Federkraft null)
Die Dämpferkraft
F D = D₂ · ₂, (9)
mit
D₂der Dämpferkonstante und
1D ] ₂aus Meßgrößen berechnet
Die Beschleunigung des Magneten selbst ist somit zu berechnen
aus dem Quotienten
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Regelung der Größe des Luftspaltes zwischen dem
Tragmagneten und einer den magnetischen Rückschluß bildenden
Trasse bei Magnetsystemen, wobei der Tragmagnet als Elektromagnet
ausgebildet ist, der mit dem Fahrzeug verbunden ist und
bei dem am Magneten ein Sensor zur Ermitlung eines vom Abstand
im Luftspalt zwischen Tragmagnet und Trasse abhängigen Signals
und ein Sensor zur Ermittlung eines von der absoluten Beschleunigung
des Tragmagneten abhängigen Signals vorgesehen und mit
einer Anordnung, in der aus dem von den Sensoren abgegebenen
Signalen unter Berücksichtigung der Trassenlage die Geschwindigkeit
im Luftspalt mittels eines Rechners errechnet wird:
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sensor ein das Magnetfeld
im Luftspalt messender Induktionsmesser ist und der zweite
Sensor ein das Magnetfeld zwischen Tragmagnet und Fahrzeug
messender Induktionsmesser ist und das Mittel zur Kennung der
Spannung und der Stärke der Erregerströme, ein dritter Sensor,
der die zeitliche Ableitung der Induktion (B₁) im Luftspalt als
Ausgangssignal hat und ein vierter Sensor, der die zeitliche
Ableitung der Induktion (B₂) im Magnetfeld zwischen Tragmagnet
und Fahrzeugen mißt, vorgesehen sind und der Rechner aus dem Ausgangssignal
des ersten Sensors und dem gemessenen Strom nach
der Formel
den Abstand (S₁) zwischen Tragmagneten und Trasse errechnet und
daß dieser weiter nach der Formel
aus dem errechneten Abstand (S₁) der gemessenen zeitlichen
Ableitung der Induktion (B₁) sowie den gemessenen Werten der
Erregerspannung (U) und der Induktion (B₁) die Geschwindigkeit
( 1D ] ₁) im Luftspalt bestimmt und daß aus den ermittelten Werten
für Abstand (s₁), zeitlicher Ableitung der Induktion und
Geschwindigkeit im Luftspalt die Beschleunigung im Luftspalt
() und die absolute Beschleunigung () des Tragmagneten mit
den Signalen der ersten, zweiten und dritten Sensoren ermittelt
werden und die errechneten Größen einem Regler aufgegeben
werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die analogen Messungen mit herkömmlichen
Hallgeneratoren, Spulen, Strom- und Spannungsmeßstellen
ausgeführt werden.
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DE19833323344 DE3323344A1 (de) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | Indirekte messdatenerfassung und integriertes mess- und regelverfahren fuer schwebemagnete |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19833323344 DE3323344A1 (de) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | Indirekte messdatenerfassung und integriertes mess- und regelverfahren fuer schwebemagnete |
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