突破稳定悬浮导向控制

磁浮列车的神奇之处，是它突破传统地面交通工具承载方式，几十吨重的载客列车能悬浮在轨道上行驶。

“其奥秘就在于列车的悬浮导向控制，这是磁浮交通最为核心的关键技术，也是国外严密封锁的技术。”龙志强教授说，中低速磁浮列车是依靠电磁悬浮力，来实现列车与轨道之间的无接触悬浮和导向。1列6辆编组近200吨重的磁浮列车，如何与轨道保持1厘米左右的悬浮间隙并稳定运行？特别是列车在上下坡、拐弯或以不同速度运行时，负载时刻产生变化，而乘客上、下车或在车内行走时，负载也不均衡。这就要求列车有良好的动态调节和自适应能力，否则，列车就跑不起来。

实现磁浮列车稳定可靠的运行必须依赖悬浮导向控制技术。首先要确保有足够的动态调节能力，以适应线路和负载的变化；其次要保证车辆有足够的承载能力。这两个问题如果达不到要求，磁浮列车就不能走向应用。

悬浮导向控制是磁浮列车研制中面临的一大技术瓶颈。然而，困难没有阻挡科研人员的创新思维，经过集智攻关，科研人员从建立车辆系统动力学模型入手，充分考虑影响负载变化和系统稳定性的各种因素，运用先进的控制理论，在优化轨道和车辆结构的基础上，创造性设计出一种新的悬浮控制算法，从而较好地解决了车辆动态调节能力，使一节车厢的最大有效承载重量达到15吨，实现105千米时速的平稳可靠运行。

据专家介绍，在同样的轨道条件下，日本一节车厢的最大有效承载能力为11吨，而我们团队技术最大有效承载比日本多4吨。有效承载能力增加4吨，相当于每节车可以多载66人。

首战告捷，团队并没有停止创新的步伐。为提高悬浮导向控制的稳定性，从香港科技大学进修回来的李杰教授，在团队突破的模拟悬浮控制技术基础上，提出用非线性解耦算法，将传统线性化方法实现的局部稳定性，扩展到了大范围、全系统的渐进稳定性，提高悬浮系统性能，缩短调试周期。

这种非线性解耦算法，是要将传统模拟悬浮控制一步跨越到数字化，在磁浮界，有人曾提出“数字控制不适合悬浮控制”，甚至被称为经典理论。他们的这一创新思路能否行得通呢？

创新不能墨守成规，不能跟在别人后面亦步亦趋，而是要敢于挑战经典，勇于探索。他们相信，当上帝关上一扇门时，一定会打开另一扇门，或许上帝从未将门关上，只是人们没有找到门罢了。

李杰和团队成员没有被创新的条条框框所羁绊，此后6年多时间里，他们凭着锲而不舍的求索精神，从“迷宫”中找到了上帝早已打开或者是从未关上的大门。几经拼搏创新，他们逐步完成了磁浮列车由模拟悬浮控制，到数字悬浮控制的创新突破，继而验证了数字控制在磁浮列车悬浮控制中的可行性，一举打破了“数字控制不适合悬浮控制”这一论断，将悬浮导向控制性能提高到一个更高水平。

经过反复试验，团队突破了悬浮导向控制技术，使磁浮列车的动态调节与有效承载两项技术指标，均达到世界先进水平。

创新的这层“窗户纸”一经捅破，就将核心关键技术掌握在了自己手中。“简单说来，我们这项技术就好比在一节列车下安装了20个看不见的‘轮子’，即20个悬浮控制点，控制算法让每个控制器每秒进行上千次感应调节，使电磁力与悬浮重力保持动态平稳，一节有20个车轮的列车，运行能不平稳吗。”常教授说。

2017年12月30日，北京S1线开通运营，一辆车的悬浮控制器已减少了一半，只用10个悬浮控制器就实现了磁浮列车的平稳运行，减少了造价，实现了列车进一步的轻量化，载重量比原来有所增加，悬浮导向控制技术又实现了新的跨越。