驱散随机振动“幽灵”

2001年11月25日，我国首条中低速磁浮交通试验线通过中试评审验收，各项试验随即开始，科研人员需要通过运行测试，获取相关试验数据，解决磁浮列车运行中的各种问题，为未来投入运营奠定基础。

这条建在国防科技大学校园内的204米试验线，对于李杰教授来说，是世界上最难走、也是问号最多的路。他在这条路上整整走了3年！

一条204米长试验线为何一走就是3年，需要经历无数遍的往返？这是因为他们遇到了一个技术难题——车辆的随机振动，它像“幽灵”一样，纠缠着李杰与团队成员。

这个“幽灵”一直让人捉摸不透。试验运行中，列车转向架时不时产生振动，特别是在爬坡或转弯时，更是振动频发，并伴随着异响声，时隐时现，这一趟运行时出现，下一趟又没有；有时在这里出现，再试又消失；你将这里调试好，不经意间又在另一地方出现，这就是专家们所说的“随机性”故障，毫无规律，最难捉摸，也最难解决。

这个问题让科研人员伤透了脑筋。优化悬浮导向控制、检查车辆结构、重新测量轨道、调整轨道线形、排查技术细节问题、改进二次悬挂系统、重新研究不同转向架的防滚解耦刚度，甚至提出了“空气弹簧均压的理论”……该想的办法都想了，该优化的都改进了，该测试的都无数遍地测试过了，但是，随机振动问题依旧，“幽灵”始终与大家“捉迷藏”。

大家百思不得其解，莫衷一是，争论也就开始了：搞车辆的说轨道有问题，搞轨道的说悬浮控制有问题；搞车辆结构的认为问题出在转向架；搞转向架的则认为轨道不符合要求……公说公有理、婆说婆有理。总之，自己负责的工作经过反复多次测试、改进，已经没有问题了，那问题不就出在其他人负责的工作中吗？

那段时间，大家讨论、攻关、测试、改进、试验，忙得不亦乐乎，争论、争吵也成了家常便饭，谁也说服不了谁。争完了再改进，改进完进行测试。但无论你怎么改进、测试，也不管大家争吵得不可开交，“幽灵”却躲藏在暗处，好像在看大家的笑话似的，考验着科研人员的智慧与耐心。

这个时候，李杰教授提出用非线性解耦算法对悬浮控制系统进行数字化改造，并筹划着用DSP+FPGA数字计算结构替换模拟控制器。在曹承侃高工及研究生孙秋明、张锟等的协助下，顺利完成了单点和单转向架的稳定数字悬浮。可是，当他们进行全系统替换试验列车的模拟控制器时，随机振动还是出现了，“幽灵”又纠缠上李杰，成了控制器替换工作的一大难题。

真是遇到“鬼”了。李杰就思考：“幽灵”漂浮不定，决不能简单地对待，应该在数字化替换模拟控制器的过程中，一并将随机振动问题解决，搬开前进道路的“绊脚石”。

这个“幽灵”不仅客观存在，它还像只“狡猾的狐狸”。于是，李杰带领博士生洪华杰、王洪坡等人开始了“捉狐狸”的工作。研究、探索、试验，替换不同刚度的防滚吊杆弹簧、调整横向拉杆和纵向牵引拉杆长度、改变空气弹簧高度、修改悬浮控制参数……在一系列的试验、测试对比中，“幽灵”出现的次数虽然在减少，但仍在与他们玩“捉迷藏”的游戏，有时让你防不胜防。

所谓“魔高一尺、道高一丈”。“狐狸”躲藏得再好，也有露出了“尾巴”的时候。在调整横向拉杆长度、在车辆静止悬浮条件下改变振动状态试验时，李杰想到了过去在机器人控制中“传感器与执行器分离”的振动及稳定性的问题。这时，李杰若隐若现地看到了“狐狸的尾巴”。

“抓住它。”常文森教授听了李杰汇报后，鼓励他顺着这个思路赶快将问题解决。接着，李杰率领几个人查找执行器和传感器的问题。磁浮列车的执行器，即悬浮电磁铁是无法改变的，那么，传感器就是最大的“嫌犯”！

此后，李杰在这条204米试验线上，与“嫌犯”斗智斗勇，查找它的“犯罪证据”。

3年时间里，试验线两旁的树叶绿了又黄，黄了又绿，在试验线上的时间比在办公室还多，来回跑了多少遍，记录数据问题的笔记本用完了一个又一个……

夜以继日的检查、筛查、测试与试验中，李杰终于抓住了“狐狸的尾巴”，找到“嫌犯”的“证据”。他从机器人“传感器与执行器的分离问题”中，发现了造成正反馈振动的信号通路，然后通过技术手段解决了让传感器与执行器有机融合，相互配合的问题，形成了“一体化传感器”的概念。按照这一技术改造方案，最终将随机振动问题解决了，从此车辆运行再也没有出现随机振动现象了。

驱散随机振动这个“幽灵”，就排除了对轨道、车辆、转向架、二次系和悬浮控制等的“嫌疑”，大家终于松了一口气，使研制工作重又回到了正确道路上。常文森教授感慨地说，该问题的解决使磁浮交通技术前进了一大步！