پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

ارائه و بررسی یک روش برای کنترل فاصله شکاف هوایی قطارهای مغناطیسی با در نظر گرفتن دینامیک حرکت قطارها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمدعلی صندیدزاده 1
بهمن قربانی واقعی 2
حمیدرضا فلاح رمضانی 3
فرزاد سلیمانی 4
1 دانشیار، دانشکده راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 استادیار، دانشکده راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده کامپیوتر، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
4 پژوهشگر پسا دکتری، دانشکده راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
10.22034/tri.2024.430470.3213
چکیده
شناور مغناطیسی یک فناوری نوآورانه حمل و نقل است. قطار پرسرعت مغناطیسی (Maglev) از سیستم‌های شناور مغناطیسی، هدایت و نیروی محرکه غیر تماسی استفاده می‌کند و چرخ، محور یا گیربکس ندارد. جایگزینی قطعات مکانیکی با قطعات الکترونیکی بر محدودیت‌های فنی فناوری چرخ روی ریل غلبه میکند. مجموعه‌ای از مدل‌های تحلیلی، از جمله مدل وسیله نقلیه، مدل تعلیق مغناطیسی و مدل کنترل فعال برای پیش‌بینی اثرات وسایل نقلیه مغناطیسی بر روی راهنماها، تعریف شده‌اند. دینامیک یک مدل وسیله نقلیه تک قطار که روی یک پرتو انعطاف‌پذیر و خشن پیمایش می‌کند، مورد مطالعه قرار می‌گیرد. شبیه‌سازی‌های عددی برای مطالعه رفتار دینامیکی وسیله نقلیه مغناطیسی و پرتو راهنما انجام می‌شود. در این مقاله کنترل‌کننده‌ای برای بررسی ولتاژ خروجی سنسور طراحی شده است، که برای تشخیص انحراف عرضی و طولی فاصله شکاف هوا قرار داده شده است. در صورت انحراف، فاصله شکاف هوا با تغییر در جریان عبوری از سیم‌پیچ دوباره به مقدار مورد نظر می‌رسد. در نهایت، قطار مغناطیسی ترانس سریع آلمانی با سیستم تعلیق آهنربایی الکترومغناطیسی با نرم افزار MATLAB برای عملکرد کنترلر طراحی شده مناسب، تجزیه و تحلیل شده است.
کلیدواژه‌ها
قطار مغناطیسی (Maglev)
سیستم تعلیق الکترومغناطیسی
فاصله شکاف هوایی
دینامیک حرکت

عنوان مقاله English

Proposing and Analyzing an Air Gap Distance Control Method in the Maglev Trains Considering Motion Dynamic

نویسندگان English

Mohammad Ali Sandidzadeh 1
Bahman Ghorbani Vaghei 2
Hamidreza Fallah Ramezani 3
Farzaad Soleymaani 4
1 Associate Professor, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
3 M.Sc., Grad., School of Computer Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
4 Postdoctoral Researcher, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

Magnetic levitation (Maglev) is an innovative transportation technology. A high-speed maglev train uses non-contact magnetic levitation, guidance, and propulsion systems and has no wheels, axles, or transmission. Replacing mechanical parts with electronic parts overcomes the technical limitations of wheel-on-rail technology. A series of analytical models are defined, including a vehicle model, a magnetic suspension model, and an active control model to predict the effects of maglev vehicles on guideways. The dynamics of a single-train vehicle model traversing on a flexible, rough beam are studied. Numerical simulations are carried out to study the dynamic behavior of the maglev vehicle and the guide beam. In this paper, the controller is designed for checking the output voltage of the sensor that is placed for detection of transverse and longitudinal deviation of air gap distance. In case of deviation, air gap distance again brings to the desired value with a change in the current through the coil. Finally, the German trans rapid maglev train with electromagnet suspension is analyzed with MATLAB software for properly designed controller performance.

کلیدواژه‌ها English

Maglev Train
Electromagnetic Suspension
Air Gap Distance
Dynamics of Motion
-Bo, K., Xiong, Y., Yu, X., Wu, J., & Wang, Y. (2021). Study on transient electromagnetic characteristics based on typical soft magnetic material for EMS Maglev train. In 2021 13th International Symposium on Linear Drives for Industry Applications (LDIA), IEEE, 1-4.
-Cai, Y., Chen, S.S., Rote, D.M., & Coffey, H.T. (1996). Vehicle/guideway dynamic interaction in maglev systems.
-Chen, S.S., Zhu, S., & Cai, Y. (1995). on unsteady-motion theory of magnetic forces for maglev systems. Journal of sound and vibration, 188(4), 529-543.
-Ding, S., Han, W., Sun, J., Jiang, F., Deng, G., & Shi, Y. (2021). Modeling and analysis of a linear generator for high-speed maglev train. IEEE Access, 9, 24637-24645.
-Hoburg, J.F. (2004). Modeling maglev passenger compartment static magnetic fields from linear Halbach permanent-magnet arrays. IEEE Transactions on Magnetics, 40(1), 59-64.
-Hogan, J., & Fink, H. (1975). Comparison and optimization of lift and drag forces on vehicles levitated by eddy current repulsion for various null and normal flux magnets with one or two tracks. IEEE Transactions on Magnetics, 11(2), 604-607.
-Kusagawa, S., Baba, J., Shutoh, K., & Masada, E. (2004). Multipurpose design optimization of EMS-type magnetically levitated vehicle based on genetic algorithm. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), 1922-1925.
-Li, Y., Li, J., Song, X., Cui, L., Yu, H., & Ma, G., (2021). Research on Braking Characteristics of Rail Eddy Current Brake with AC Excitation. In 2021 13th International Symposium on Linear Drives for Industry Applications (LDIA), 1-6.
-Lv, G., Zhang, Z., Liu, Y., & Zhou, T. (2021). Analysis of Forces in Linear Synchronous Motor with Propulsion, Levitation and Guidance for High-speed Maglev. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics.
-Meisenholder, S.G., & Wang, T.C. (1972). Dynamic analysis of an electromagnetic suspension system for a suspended vehicle system. No. 06818-6052-RO-00 Final Rpt.
-Nagurka, M.L., & Wang, S.K. (1997). A superconducting maglev vehicle/guideway system with preview control, Part I-Vehicle, guideway, and magnet modeling.
-Ni, F., Mu, S., Kang, J., & Xu, J. (2021). Robust controller design for maglev suspension systems based on improved suspension force model. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 7(3), 1765-1779.
-Xiang, H., Tian, X., Li, Y., & Zeng, M. (2022). Dynamic Interaction Analysis of High-Speed Maglev Train and Guideway with a Control Loop Failure. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2241012.
-Yang, Q., Chi, Z., & Wang, L. (2022). Influence and Suppression Method of the Eddy Current Effect. In the Suspension System of the EMS Maglev Train Machines, 10(6), 476.
-Zhang, G., Fang, Y., Song, F., Zhu, G., & Wang, Z. (2004). Optimal design and FEM analysis of the superconducting magnets of EMS-MAGLEV models using Bi-2223 tapes. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), 1850-1853.
-Zhao, C.F., Zhai, W.M., & Wang, Q.C. (2005). Simulation analysis of the dynamic response of low-speed maglev vehicle curve negotiation. China Railway Science, 26(3), 94-98.