本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，特別涉及一種超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

與以電磁吸力和電磁斥力為基礎(chǔ)的電磁懸浮(EMS)和電動懸浮(EDS)技術(shù)相比，高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)依靠高溫超導(dǎo)體塊材與外部磁場之間的磁通釘扎作用實(shí)現(xiàn)無源自穩(wěn)定懸浮。高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)通過將超導(dǎo)塊材浸泡在液氮中，使其溫度降低進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)塊材與外磁場作用可達(dá)到穩(wěn)定懸浮。該技術(shù)無需主動控制，且結(jié)構(gòu)簡單，因此已經(jīng)成為實(shí)用磁懸浮技術(shù)的理想選擇之一。

西南交通大學(xué)于2000年研制成功世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車，此后開展的大量針對懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動方面的研究工作大大推進(jìn)了高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的實(shí)用化發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中，必須保證超導(dǎo)體浸沒在液氮里面，才能避免發(fā)生失超現(xiàn)象。高溫超導(dǎo)體失超將導(dǎo)致列車失去懸浮力，和軌道發(fā)生摩擦甚至脫軌。所以，必須保證車載杜瓦內(nèi)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(fā)損耗較大，在列車運(yùn)行過程中，需要實(shí)時監(jiān)控液氮液位以及及時補(bǔ)充液氮。然而，傳統(tǒng)的人工加注液氮的方式在實(shí)際運(yùn)用中費(fèi)時費(fèi)力，因此，有必要使用一種快速自動液氮補(bǔ)給裝置對車載杜瓦進(jìn)行及時的液氮補(bǔ)給。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法及系統(tǒng)，從而可以實(shí)現(xiàn)車載杜瓦液氮液位的實(shí)時控制以及液氮的全自動灌裝，有助于節(jié)約時間、節(jié)省人力、進(jìn)行更高效的運(yùn)行操作。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(shè)置在灌注液氮的容器內(nèi)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(yīng)的灌注液氮的容器連接；

所述控制器，用于接收設(shè)置在灌注液氮的容器內(nèi)的頂部的傳感器測量得到當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，并將接收到的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度；當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度低于預(yù)設(shè)的安全閾值時，對輸送液氮的管道進(jìn)行預(yù)冷，關(guān)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(yù)設(shè)數(shù)量的液氮，將蒸發(fā)形成的氮?dú)鈴呐艢忾y門排出；預(yù)冷結(jié)束后，關(guān)閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進(jìn)入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐中灌入容器內(nèi)；當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度高于預(yù)設(shè)的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關(guān)閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內(nèi)液氮回流至自增壓式液氮儲存罐內(nèi)，最后關(guān)閉主電磁閥。

較佳的，所述控制器中進(jìn)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(shè)置在灌注液氮的容器內(nèi)的頂部的傳感器測量得到當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，并將接收到的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度；

所述液氮灌裝控制模塊，用于當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度低于預(yù)設(shè)的安全閾值時，對輸送液氮的管道進(jìn)行預(yù)冷，關(guān)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(yù)設(shè)數(shù)量的液氮，將蒸發(fā)形成的氮?dú)鈴呐艢忾y門排出；預(yù)冷結(jié)束后，關(guān)閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進(jìn)入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐中灌入容器內(nèi)；當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度高于預(yù)設(shè)的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關(guān)閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內(nèi)液氮回流至自增壓式液氮儲存罐內(nèi)，最后關(guān)閉主電磁閥。

較佳的，所述液面高度估計模塊還進(jìn)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(yù)先根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)建立狀態(tài)空間模型，并生成包括一組分布特征滿足液位先驗(yàn)概率分布的粒子的粒子集；

所述計算子模塊，用于根據(jù)所述狀態(tài)空間模型、粒子集和當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，計算得到當(dāng)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(dāng)前液面高度的估計值進(jìn)行修正，得到修正后的當(dāng)前液面高度。

較佳的，所述傳感器為鉑電阻溫度傳感器。

本發(fā)明還提供了一種超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法，該方法包括：

根據(jù)設(shè)置在容器內(nèi)頂部的傳感器測量得到的當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度；

當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度低于預(yù)設(shè)的安全閾值時，啟動自動補(bǔ)給流程，對輸送液氮的管道進(jìn)行預(yù)冷；

預(yù)冷結(jié)束后，關(guān)閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進(jìn)入灌裝階段，將液氮灌入容器內(nèi)；

當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度高于預(yù)設(shè)的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝。

較佳的，所述對管道進(jìn)行預(yù)冷的操作包括：

關(guān)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(yù)設(shè)數(shù)量的液氮；

將蒸發(fā)形成的氮?dú)鈴哪┒伺艢忾y門排出。

較佳的，所述停止液氮的灌裝包括：

關(guān)閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內(nèi)液氮回流至儲液罐內(nèi)，最后關(guān)閉主電磁閥，完成整個灌裝任務(wù)。

較佳的，在對管道進(jìn)行預(yù)冷之前，該方法還進(jìn)一步包括：

系統(tǒng)進(jìn)行故障自查；

如系統(tǒng)正常，則進(jìn)入灌裝流程，對管道進(jìn)行預(yù)冷；否則，開啟手動灌裝操作模式，手動進(jìn)行液氮的灌裝。

較佳的，所述的手動進(jìn)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(jù)設(shè)置在容器內(nèi)頂部的傳感器測量得到的當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度包括如下步驟：

A、預(yù)先根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)建立狀態(tài)空間模型，并生成包括一組分布特征滿足液位先驗(yàn)概率分布的粒子的粒子集；

B、通過設(shè)置在灌注液氮的容器內(nèi)頂部的傳感器測量得到當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)；

C、根據(jù)所述狀態(tài)空間模型、粒子集和當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，計算得到容器內(nèi)的當(dāng)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(dāng)前液面高度的估計值進(jìn)行修正，得到修正后的當(dāng)前液面高度。

較佳的，所述預(yù)先根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)建立狀態(tài)空間模型包括：

預(yù)先根據(jù)不同工況下靜態(tài)蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)的液氮蒸發(fā)特征數(shù)據(jù)，得到液氮蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)公式，并根據(jù)液氮蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)公式建立系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程；

預(yù)先對灌注液氮的容器進(jìn)行模擬振蕩試驗(yàn)和實(shí)測振蕩試驗(yàn)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計測試噪聲分布模型，建立系統(tǒng)觀測方程；

根據(jù)所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和系統(tǒng)觀測方程建立狀態(tài)空間模型；

較佳的，所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為：

h_k＝h_k-1+Δh+ξ_k-1；

其中，h為設(shè)置在灌注液氮的容器頂部的溫度傳感器到容器內(nèi)的液氮液面的距離，腳標(biāo)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，ξ_k-1為系統(tǒng)噪聲。

較佳的，所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為：

T_k＝T_LN+a·h_k+η_k；

其中，T_k為設(shè)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，T_LN為液氮溫度，a為溫度分布系數(shù)，η_k為觀測噪聲。

較佳的，在步驟D之后還進(jìn)一步包括：

當(dāng)當(dāng)前采樣點(diǎn)不是最后一個采樣點(diǎn)時，根據(jù)修正后的當(dāng)前液面高度對粒子集進(jìn)行重采樣和加權(quán)，返回執(zhí)行步驟B；當(dāng)當(dāng)前采樣點(diǎn)為最后一個采樣點(diǎn)時，則結(jié)束流程。

如上可見，在本發(fā)明所提供的超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法及系統(tǒng)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(nèi)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(nèi)的液氮液位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實(shí)現(xiàn)灌裝過程的全自動閉環(huán)控制，完成液氮自動灌裝過程中的預(yù)冷、灌液、回流、檢測等步驟，實(shí)現(xiàn)車載杜瓦液氮液位的實(shí)時控制以及液氮的全自動灌裝，有助于節(jié)約時間、節(jié)省人力、進(jìn)行更高效的運(yùn)行操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法的流程示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的當(dāng)前液面高度的計算方法的流程示意圖。

圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例中的當(dāng)前液面高度的計算方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中的超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給系統(tǒng)主要包括：至少兩個傳感器11、控制器12、自增壓式液氮儲存罐13、主電磁閥14、多個次級電磁閥15和排氣閥門16；

所述傳感器11分別設(shè)置在灌注液氮的容器內(nèi)的頂部和底部，用于測量溫度；

所述控制器12與分別與各個傳感器11、主電磁閥14、各個次級電磁閥15和排氣閥門16連接；所述自增壓式液氮儲存罐13與所述主電磁閥14連接；所述主電磁閥14還與各個次級電磁閥15和排氣閥門16連接；各個次級電磁閥15分別與對應(yīng)的灌注液氮的容器連接；

所述控制器12，用于接收設(shè)置在灌注液氮的容器內(nèi)的頂部的傳感器11測量得到當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，并將接收到的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度；當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度低于預(yù)設(shè)的安全閾值時，自動補(bǔ)給系統(tǒng)啟動，對輸送液氮的管道進(jìn)行預(yù)冷，關(guān)閉連接到各個容器的次電磁閥15，打開主電磁閥14和輸送液氮的管道末端的排氣閥門16，從自增壓式液氮儲存罐13中輸入預(yù)設(shè)數(shù)量的液氮，將蒸發(fā)形成的氮?dú)鈴呐艢忾y門16排出；預(yù)冷結(jié)束后，關(guān)閉排氣閥門16，打開次電磁閥15，開始進(jìn)入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐13中灌入容器內(nèi)；當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度高于預(yù)設(shè)的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關(guān)閉次電磁閥15，打開排氣閥門16，通以一定氣流使管道內(nèi)液氮回流至自增壓式液氮儲存罐13內(nèi)，最后關(guān)閉主電磁閥14。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，所述控制器12中可進(jìn)一步包括：液面高度估計模塊121和液氮灌裝控制模塊122(圖1中未示出)；

所述液面高度估計模塊121，用于接收設(shè)置在灌注液氮的容器內(nèi)的頂部的傳感器11測量得到當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，并將接收到的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度；

所述液氮灌裝控制模塊122，用于當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度低于預(yù)設(shè)的安全閾值時，對輸送液氮的管道進(jìn)行預(yù)冷，關(guān)閉連接到各個容器的次電磁閥15，打開主電磁閥14和輸送液氮的管道末端的排氣閥門16，從自增壓式液氮儲存罐13中輸入預(yù)設(shè)數(shù)量的液氮，將蒸發(fā)形成的氮?dú)鈴呐艢忾y門16排出；預(yù)冷結(jié)束后，關(guān)閉排氣閥門16，打開次電磁閥15，開始進(jìn)入灌裝階段，將液氮從自增壓式液氮儲存罐13中灌入容器內(nèi)；當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度高于預(yù)設(shè)的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝，關(guān)閉次電磁閥15，打開排氣閥門16，通以一定氣流使管道內(nèi)液氮回流至自增壓式液氮儲存罐13內(nèi)，最后關(guān)閉主電磁閥14。

較佳的，在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，所述液面高度估計模塊121還可進(jìn)一步包括：模型生成子模塊、計算子模塊和修正子模塊(圖1中未示出)；

所述模型生成子模塊，用于預(yù)先根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)建立狀態(tài)空間模型，并生成包括一組分布特征滿足液位先驗(yàn)概率分布的粒子的粒子集；

所述計算子模塊，用于根據(jù)所述狀態(tài)空間模型、粒子集和當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，計算得到當(dāng)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(dāng)前液面高度的估計值進(jìn)行修正，得到修正后的當(dāng)前液面高度。

較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述傳感器11為鉑電阻溫度傳感器。相對于傳統(tǒng)的鉑電阻液位計，本發(fā)明中所使用的鉑電阻溫度傳感器的數(shù)量可以更少，而且性能更穩(wěn)定、測量精度更高。

另外，本發(fā)明中還提出了一種超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法的流程示意圖。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中的超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法主要包括如下所述的步驟：

步驟21，根據(jù)設(shè)置在容器內(nèi)頂部的傳感器測量得到的當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度。

隨著容器(例如，車載杜瓦)內(nèi)的液氮的蒸發(fā)損耗，液氮液位逐漸降低，位于容器頂部的傳感器所測得的溫度也會隨之升高，所以，根據(jù)傳感器所測得的溫度數(shù)據(jù)，即可間接測得容器內(nèi)的液氮液位高度。

因此，在本步驟中，將根據(jù)容器內(nèi)頂部的傳感器測量得到的當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度，從而可以實(shí)時監(jiān)測容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度。在本發(fā)明的上述超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法中，該步驟將一直持續(xù)進(jìn)行，即實(shí)時地一直監(jiān)測容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度。

步驟22，當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度低于預(yù)設(shè)的安全閾值時，啟動自動補(bǔ)給流程，對輸送液氮的管道進(jìn)行預(yù)冷。

在本發(fā)明中，當(dāng)啟動自動補(bǔ)給流程時，在進(jìn)行灌裝之前需要先對輸送液氮的管道進(jìn)行預(yù)冷，防止因液氮蒸發(fā)過快在管道內(nèi)形成大量氣泡，影響灌液。

較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述對管道進(jìn)行預(yù)冷的操作可以包括：

關(guān)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(yù)設(shè)數(shù)量的液氮；

將蒸發(fā)形成的氮?dú)鈴哪┒伺艢忾y門排出。

步驟23，預(yù)冷結(jié)束后，關(guān)閉排氣閥門，打開次電磁閥，開始進(jìn)入灌裝階段，將液氮灌入容器內(nèi)。

步驟24，當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度高于預(yù)設(shè)的灌裝閾值時，停止液氮的灌裝。

由于在步驟21中，一直在根據(jù)設(shè)置在容器內(nèi)頂部的傳感器測量得到的當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度，因此，在本步驟中，當(dāng)容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度高于預(yù)設(shè)的灌裝閾值時，表示該容器已經(jīng)被灌滿，此時可以停止液氮的灌入，完成整個灌裝任務(wù)。

較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述停止液氮的灌裝可以包括：

關(guān)閉次電磁閥，打開排氣閥門，通以一定氣流使管道內(nèi)液氮回流至儲液罐內(nèi)，最后關(guān)閉主電磁閥，完成整個灌裝任務(wù)。

通過上述的步驟21～24，即可實(shí)現(xiàn)灌裝過程的全自動閉環(huán)控制，完成液氮自動灌裝過程中的檢測、預(yù)冷、灌液、回流等步驟。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，在對管道進(jìn)行預(yù)冷之前，本發(fā)明中的上述方法還可以進(jìn)一步包括：

系統(tǒng)進(jìn)行故障自查；

如系統(tǒng)正常，則進(jìn)入灌裝流程，對管道進(jìn)行預(yù)冷；否則，開啟手動灌裝操作模式，手動進(jìn)行液氮的灌裝。

其中，所述的手動進(jìn)行液氮的灌裝是指：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。

另外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以通過多種方式來實(shí)現(xiàn)上述的步驟21，以下將以其中的一種具體方式為例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的當(dāng)前液面高度的計算方法的流程示意圖。例如，較佳的，如圖3所示，在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，上述的步驟21中的根據(jù)設(shè)置在容器內(nèi)頂部的傳感器測量得到的當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度可以包括如下所述的步驟：

步驟31，預(yù)先根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)建立狀態(tài)空間模型，并進(jìn)行粒子集初始化，即生成包括一組分布特征滿足液位先驗(yàn)概率分布的粒子的粒子集。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，在進(jìn)行當(dāng)前液面高度的計算之前，需要預(yù)先建立一個狀態(tài)空間模型，并生成包括一組分布特征滿足液位先驗(yàn)概率分布的粒子的粒子集，即進(jìn)行粒子集初始化。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以有多種具體實(shí)現(xiàn)方式來實(shí)現(xiàn)上述的步驟31。以下將以其中的一種具體實(shí)現(xiàn)方式為例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

例如，較佳的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述預(yù)先根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)建立狀態(tài)空間模型包括：

步驟311，預(yù)先根據(jù)不同工況下(例如，不同環(huán)境溫度、不同容器)靜態(tài)蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)的液氮蒸發(fā)特征數(shù)據(jù)，得到液氮蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)公式，并根據(jù)液氮蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)公式建立系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程。

步驟312，預(yù)先對灌注液氮的容器(例如，車載杜瓦)進(jìn)行模擬振蕩試驗(yàn)和實(shí)測振蕩試驗(yàn)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計測試噪聲分布模型，建立系統(tǒng)觀測方程。

步驟313，根據(jù)所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和系統(tǒng)觀測方程建立狀態(tài)空間模型。

另外，較佳的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程可以是：

h_k＝h_k-1+Δh+ξ_k-1

其中，h為設(shè)置在灌注液氮的容器(例如，車載杜瓦)頂部的溫度傳感器到容器內(nèi)的液氮液面的距離，腳標(biāo)k和k－1分別示不同時間的變量序列，即表示不同時刻，例如，h_k表示第k個時刻的h的值，h_k-1表示第(k－1)個時刻的h的值；Δh為液氮液面的下降速度，ξ_k-1為系統(tǒng)噪聲。

另外，較佳的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程可以是：

T_k＝T_LN+a·h_k+η_k

其中，T_k為設(shè)置在灌注液氮的容器(例如，車載杜瓦)頂部的溫度傳感器在第k個時刻所測得的溫度，T_LN為液氮溫度，a為溫度分布系數(shù)，η_k為觀測噪聲。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以基于液氮蒸發(fā)在近似環(huán)境下基本呈線性的特點(diǎn)，建立包含干擾噪聲和線性變量的液氮液位變化模型(即狀態(tài)空間模型)，從而可以根據(jù)狀態(tài)空間模型完成對液位的預(yù)測。

因此，通過上述的步驟311～313，根據(jù)上述的所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和系統(tǒng)觀測方程，即可建立狀態(tài)空間模型。當(dāng)然，所述狀態(tài)空間模型中的各種參數(shù)的取值(例如，杜瓦尺寸、環(huán)境溫度等)可能會根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的變化而變化，在此不再贅述。

另外，較佳的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，在進(jìn)行粒子集的初始化時，所述粒子集中的各個粒子是根據(jù)液位先驗(yàn)概率分布生成的，因此所述粒子集中的各個粒子的分布特征滿足液位先驗(yàn)概率分布。

較佳的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)預(yù)先獲取液位先驗(yàn)概率分布。

步驟32，通過設(shè)置在灌注液氮的容器內(nèi)頂部的傳感器測量得到當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)。

另外，較佳的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述設(shè)置在灌注液氮的容器(例如，車載杜瓦)頂部的傳感器可以是鉑電阻溫度傳感器，也可以是其它的溫度傳感器。

步驟33，根據(jù)所述狀態(tài)空間模型、粒子集和當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度的估計值。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于在步驟31中已經(jīng)建立狀態(tài)空間模型，并進(jìn)行粒子集初始化，而在步驟32中測量得到了當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，因此在本步驟中，即可根據(jù)所述狀態(tài)空間模型、粒子集和當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，使用粒子濾波的方法計算得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度的估計值。

步驟34，通過粒子濾波算法對計算得到的當(dāng)前液面高度的估計值進(jìn)行修正，得到修正后的當(dāng)前液面高度。

由于粒子濾波算法本身就是對偏差信號進(jìn)行加權(quán)修正的一種方法，因此，在本步驟中，可以通過粒子濾波算法對計算得到的當(dāng)前液面高度的估計值進(jìn)行修正，得到修正后的當(dāng)前液面高度。

通過上述的步驟31～34，即可得到修正后的當(dāng)前液面高度的估計值，從而得到精度較高的實(shí)時液面高度。因此，通過上述的方法，可以很好的消除灌注液氮的容器(例如，高溫超導(dǎo)體磁懸浮列車上的車載杜瓦)在運(yùn)行過程中的振蕩干擾，對灌注液氮的容器的液氮液位進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測，得到更接近于真實(shí)值的液氮液位。

另外，圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例中的當(dāng)前液面高度的計算方法的流程示意圖。例如，較佳的，如圖4所示，在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，上述步驟34之后還可以進(jìn)一步包括：

步驟35，當(dāng)當(dāng)前采樣點(diǎn)不是最后一個采樣點(diǎn)時，根據(jù)修正后的當(dāng)前液面高度對粒子集進(jìn)行重采樣和加權(quán)，返回執(zhí)行步驟32；當(dāng)當(dāng)前采樣點(diǎn)為最后一個采樣點(diǎn)時，則結(jié)束流程。

在本步驟中，將根據(jù)修正后的當(dāng)前液面高度對粒子集進(jìn)行重采樣和加權(quán)(即根據(jù)修正后的當(dāng)前液面高度的計算值對粒子集進(jìn)行篩選，例如，可以通過加權(quán)的方式使得小概率事件的粒子的權(quán)重小，從而降低小概率事件的粒子對最后結(jié)果的影響)，對粒子集進(jìn)行更新，然后再返回執(zhí)行步驟32，進(jìn)行下一個時間點(diǎn)采樣，即使用重采樣后的粒子集結(jié)合傳感器測量得到的下一時刻的溫度數(shù)據(jù)，計算下一時刻的當(dāng)前液面高度。依此類推，每更新一次粒子集，就重新計算一次，得到一個當(dāng)前液面高度的計算值，直到對最后一個采樣點(diǎn)完成上述操作，即對所有采樣點(diǎn)完成計算，從而可以對液面高度進(jìn)行實(shí)時而精確的監(jiān)測，實(shí)時得到容器內(nèi)的當(dāng)前液面高度。

綜上可知，在本發(fā)明所提供的超導(dǎo)磁懸浮車輛車載杜瓦液氮自動補(bǔ)給方法及系統(tǒng)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(nèi)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(nèi)的液氮液位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實(shí)現(xiàn)灌裝過程的全自動閉環(huán)控制，完成液氮自動灌裝過程中的預(yù)冷、灌液、回流、檢測等步驟，實(shí)現(xiàn)車載杜瓦液氮液位的實(shí)時控制以及液氮的全自動灌裝，有助于節(jié)約時間、節(jié)省人力、進(jìn)行更高效的運(yùn)行操作。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。