一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給方法及系統。其中的系統包括：至少兩個傳感器、控制器、自增壓式液氮儲存罐、主電磁閥、多個次級電磁閥和排氣閥門；所述傳感器分別設置在灌注液氮的容器內的頂部和底部，用于測量溫度；所述控制器與分別與各個傳感器、主電磁閥、各個次級電磁閥和排氣閥門連接；所述自增壓式液氮儲存罐與所述主電磁閥連接；所述主電磁閥還與各個次級電磁閥和排氣閥門連接；各個次級電磁閥分別與對應的灌注液氮的容器連接。通過使用本發明專利技術所提供的超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給方法及系統，可以實現車載杜瓦液氮液位的實時控制以及液氮的全自動灌裝，有助于節約時間、節省人力、進行更高效的運行操作。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及高溫超導磁懸浮技術，特別涉及一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給方法及系統。
技術介紹
與以電磁吸力和電磁斥力為基礎的電磁懸浮(EMS)和電動懸浮(EDS)技術相比，高溫超導磁懸浮技術依靠高溫超導體塊材與外部磁場之間的磁通釘扎作用實現無源自穩定懸浮。高溫超導磁懸浮技術通過將超導塊材浸泡在液氮中，使其溫度降低進入超導狀態，進入超導態的超導塊材與外磁場作用可達到穩定懸浮。該技術無需主動控制，且結構簡單，因此已經成為實用磁懸浮技術的理想選擇之一。西南交通大學于2000年研制成功世界首輛載人高溫超導磁懸浮實驗車，此后開展的大量針對懸浮、導向和驅動方面的研究工作大大推進了高溫超導磁懸浮列車的實用化發展。在實際應用中，必須保證超導體浸沒在液氮里面，才能避免發生失超現象。高溫超導體失超將導致列車失去懸浮力，和軌道發生摩擦甚至脫軌。所以，必須保證車載杜瓦內液氮液位高于一定的安全閾值。由于液氮屬于低溫液體，蒸發損耗較大，在列車運行過程中，需要實時監控液氮液位以及及時補充液氮。然而，傳統的人工加注液氮的方式在實際運用中費時費力，因此，有必要使用一種快速自動液氮補給裝置對車載杜瓦進行及時的液氮補給。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給方法及系統，從而可以實現車載杜瓦液氮液位的實時控制以及液氮的全自動灌裝，有助于節約時間、節省人力、進行更高效的運行操作。本專利技術的技術方案具體是這樣實現的：一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給系統，該系統包括：至少兩個傳感器、控制器、自增壓式液氮儲存罐、主電磁閥、多個次級電磁閥和排氣閥門；所述傳感器分別設置在灌注液氮的容器內的頂部和底部，用于測量溫度；所述控制器與分別與各個傳感器、主電磁閥、各個次級電磁閥和排氣閥門連接；所述自增壓式液氮儲存罐與所述主電磁閥連接；所述主電磁閥還與各個次級電磁閥和排氣閥門連接；各個次級電磁閥分別與對應的灌注液氮的容器連接；所述控制器，用于接收設置在灌注液氮的容器內的頂部的傳感器測量得到當前的溫度數據，并將接收到的溫度數據實時計算得到容器內的當前液面高度；當容器內的當前液面高度低于預設的安全閾值時，對輸送液氮的管道進行預冷，關閉連接到各個容器的次電磁閥，打開主電磁閥和輸送液氮的管道末端的排氣閥門，從自增壓式液氮儲存罐中輸入預設數量的液氮，將蒸發形成的氮氣從排氣閥門排出；預冷結束后，關閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐中灌入容器內；當容器內的當前液面高度高于預設的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內液氮回流至自增壓式液氮儲存罐內，最后關閉主電磁閥。較佳的，所述控制器中進一步包括：液面高度估計模塊和液氮灌裝控制模塊；所述液面高度估計模塊，用于接收設置在灌注液氮的容器內的頂部的傳感器測量得到當前的溫度數據，并將接收到的溫度數據實時計算得到容器內的當前液面高度；所述液氮灌裝控制模塊，用于當容器內的當前液面高度低于預設的安全閾值時，對輸送液氮的管道進行預冷，關閉連接到各個容器的次電磁閥，打開主電磁閥和輸送液氮的管道末端的排氣閥門，從自增壓式液氮儲存罐中輸入預設數量的液氮，將蒸發形成的氮氣從排氣閥門排出；預冷結束后，關閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐中灌入容器內；當容器內的當前液面高度高于預設的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內液氮回流至自增壓式液氮儲存罐內，最后關閉主電磁閥。較佳的，所述液面高度估計模塊還進一步包括：模型生成子模塊、計算子模塊和修正子模塊；所述模型生成子模塊，用于預先根據實際的實驗測量數據建立狀態空間模型，并生成包括一組分布特征滿足液位先驗概率分布的粒子的粒子集；所述計算子模塊，用于根據所述狀態空間模型、粒子集和當前的溫度數據，計算得到當前液面高度的估計值；所述修正子模塊，用于通過粒子濾波算法對計算得到的當前液面高度的估計值進行修正，得到修正后的當前液面高度。較佳的，所述傳感器為鉑電阻溫度傳感器。本專利技術還提供了一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給方法，該方法包括：根據設置在容器內頂部的傳感器測量得到的當前溫度數據，實時計算得到容器內的當前液面高度；當容器內的當前液面高度低于預設的安全閾值時，啟動自動補給流程，對輸送液氮的管道進行預冷；預冷結束后，關閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進入灌裝階段，將液氮灌入容器內；當容器內的當前液面高度高于預設的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝。較佳的，所述對管道進行預冷的操作包括：關閉連接到各個杜瓦的次電磁閥；打開主電磁閥和管道末端的排氣閥門，通以預設數量的液氮；將蒸發形成的氮氣從末端排氣閥門排出。較佳的，所述停止液氮的灌裝包括：關閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內液氮回流至儲液罐內，最后關閉主電磁閥，完成整個灌裝任務。較佳的，在對管道進行預冷之前，該方法還進一步包括：系統進行故障自查；如系統正常，則進入灌裝流程，對管道進行預冷；否則，開啟手動灌裝操作模式，手動進行液氮的灌裝。較佳的，所述的手動進行液氮的灌裝包括：通過按鍵操作控制主電磁閥和各個次級電磁閥的通斷，人工控制灌液時間。較佳的，所述根據設置在容器內頂部的傳感器測量得到的當前溫度數據，實時計算得到容器內的當前液面高度包括如下步驟：A、預先根據實際的實驗測量數據建立狀態空間模型，并生成包括一組分布特征滿足液位先驗概率分布的粒子的粒子集；B、通過設置在灌注液氮的容器內頂部的傳感器測量得到當前的溫度數據；C、根據所述狀態空間模型、粒子集和當前的溫度數據，計算得到容器內的當前液面高度的估計值；D、通過粒子濾波算法對計算得到的當前液面高度的估計值進行修正，得到修正后的當前液面高度。較佳的，所述預先根據實際的實驗測量數據建立狀態空間模型包括：預先根據不同工況下靜態蒸發實驗的液氮蒸發特征數據，得到液氮蒸發經驗公式，并根據液氮蒸發經驗公式建立系統狀態轉移方程；預先對灌注液氮的容器進行模擬振蕩試驗和實測振蕩試驗，對試驗數據進行分析，統計測試噪聲分布模型，建立系統觀測方程；根據所述系統狀態轉移方程和系統觀測方程建立狀態空間模型；較佳的，所述系統狀態轉移方程為：hk＝hk-1+Δh+ξk-1；其中，h為設置在灌注液氮的容器頂部的溫度傳感器到容器內的液氮液面的距離，腳標k和k－1分別示不同時間的變量序列；Δh為液氮液面的下降速度，ξk-1為系統噪聲。較佳的，所述系統狀態轉移方程為：Tk＝TLN+a·hk+ηk；其中，Tk為設置在灌注液氮的容器頂部的溫度傳感器在第k個時刻所測得的溫度，TLN為液氮溫度，a為溫度分布系數，ηk為觀測噪聲。較佳的，在步驟D之后還進一步包括：當當前采樣點不是最后一個采樣點時，根據修正后的當前液面高度對粒子集進行重采樣和加權，返回執行步驟B；當當前采樣點為最后一個采樣點時，則結束流程。如上可見，在本專利技術所提供的超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給方法及系統中，由于使用溫度傳感器作為測溫元件測量灌注液氮的容器內的溫度變化情況，再通過測量容器頂部溫度的變化得到液氮液位的變化，從而可以對容器內的液氮液位進行實時監測，并根據監測結果實現灌裝過程的全自動閉環控制，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給系統，其特征在于，該系統包括：至少兩個傳感器、控制器、自增壓式液氮儲存罐、主電磁閥、多個次級電磁閥和排氣閥門；所述傳感器分別設置在灌注液氮的容器內的頂部和底部，用于測量溫度；所述控制器與分別與各個傳感器、主電磁閥、各個次級電磁閥和排氣閥門連接；所述自增壓式液氮儲存罐與所述主電磁閥連接；所述主電磁閥還與各個次級電磁閥和排氣閥門連接；各個次級電磁閥分別與對應的灌注液氮的容器連接；所述控制器，用于接收設置在灌注液氮的容器內的頂部的傳感器測量得到當前的溫度數據，并將接收到的溫度數據實時計算得到容器內的當前液面高度；當容器內的當前液面高度低于預設的安全閾值時，對輸送液氮的管道進行預冷，關閉連接到各個容器的次電磁閥，打開主電磁閥和輸送液氮的管道末端的排氣閥門，從自增壓式液氮儲存罐中輸入預設數量的液氮，將蒸發形成的氮氣從排氣閥門排出；預冷結束后，關閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐中灌入容器內；當容器內的當前液面高度高于預設的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內液氮回流至自增壓式液氮儲存罐內，最后關閉主電磁閥。...

【技術特征摘要】
1.一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給系統，其特征在于，該系統包括：至少兩個傳感器、控制器、自增壓式液氮儲存罐、主電磁閥、多個次級電磁閥和排氣閥門；所述傳感器分別設置在灌注液氮的容器內的頂部和底部，用于測量溫度；所述控制器與分別與各個傳感器、主電磁閥、各個次級電磁閥和排氣閥門連接；所述自增壓式液氮儲存罐與所述主電磁閥連接；所述主電磁閥還與各個次級電磁閥和排氣閥門連接；各個次級電磁閥分別與對應的灌注液氮的容器連接；所述控制器，用于接收設置在灌注液氮的容器內的頂部的傳感器測量得到當前的溫度數據，并將接收到的溫度數據實時計算得到容器內的當前液面高度；當容器內的當前液面高度低于預設的安全閾值時，對輸送液氮的管道進行預冷，關閉連接到各個容器的次電磁閥，打開主電磁閥和輸送液氮的管道末端的排氣閥門，從自增壓式液氮儲存罐中輸入預設數量的液氮，將蒸發形成的氮氣從排氣閥門排出；預冷結束后，關閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐中灌入容器內；當容器內的當前液面高度高于預設的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內液氮回流至自增壓式液氮儲存罐內，最后關閉主電磁閥。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述控制器中進一步包括：液面高度估計模塊和液氮灌裝控制模塊；所述液面高度估計模塊，用于接收設置在灌注液氮的容器內的頂部的傳感器測量得到當前的溫度數據，并將接收到的溫度數據實時計算得到容器內的當前液面高度；所述液氮灌裝控制模塊，用于當容器內的當前液面高度低于預設的安全閾值時，對輸送液氮的管道進行預冷，關閉連接到各個容器的次電磁閥，打開主電磁閥和輸送液氮的管道末端的排氣閥門，從自增壓式液氮儲存罐中輸入預設數量的液氮，將蒸發形成的氮氣從排氣閥門排出；預冷結束后，關閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐中灌入容器內；當容器內的當前液面高度高于預設的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內液氮回流至自增壓式液氮儲存罐內，最后關閉主電磁閥。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述液面高度估計模塊還進一步包括：模型生成子模塊、計算子模塊和修正子模塊；所述模型生成子模塊，用于預先根據實際的實驗測量數據建立狀態空間模型，并生成包括一組分布特征滿足液位先驗概率分布的粒子的粒子集；所述計算子模塊，用于根據所述狀態空間模型、粒子集和當前的溫度數據，計算得到當前液面高度的估計值；所述修正子模塊，用于通過粒子濾波算法對計算得到的當前液面高度的估計值進行修正，得到修正后的當前液面高度。4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：所述傳感器為鉑電阻溫度傳感器。5.一種超導磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補給方法，其特征在于，該方法包括：根據設置在容器內頂部的傳感器測量得到的當前溫度數據，實時計算得到容器內的當前液面高度；當容器內的當前液面高度低...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧自剛，胥譯歡，張玉蕾，鄭珺，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：四川;51