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铁道车辆半主动悬挂系统振动控制研究
| 论文题名： | 铁道车辆半主动悬挂系统振动控制研究 |
| 关键词： | 铁道车辆;半主动悬挂系统;振动控制;粒子群优化 |
| 摘要： | 悬挂系统作为车辆系统的重要组成部分，其性能的好坏将直接影响车辆乘坐舒适度和行驶平稳性的优劣。对车辆悬挂系统进行优化设计，是提高车辆乘坐舒适性的有效方法，目前，基于磁流变阻尼器的半主动悬挂系统已成为车辆悬挂控制领域研究的热点之一。本文针对磁流变阻尼器半主动悬挂系统，对其控制策略展开了较为深入的研究。 简要介绍了车辆悬挂系统的分类，阐述了磁流变阻尼器的工作原理，并建立了磁流变阻尼器Sigmoid模型，在此基础上分析了参数的变化对其特性的影响。同时在MATLAB/Simulink环境中建立了以美国六级轨道谱作为轨道激励的被动悬挂系统和基于磁流变阻尼器的半主动悬挂系统仿真模块图。最后介绍了车辆性能评价指标。 针对系统控制过程中存在的时滞问题，建立了单自由度含时滞磁流变半主动悬挂系统动力学模型。介绍了磁流变控制系统的时滞来源，并仿真分析了时滞对磁流变半主动悬挂系统的影响。随后运用多尺度法对运动微分方程进行求解，得到幅频特性曲线方程。通过MATLAB编程分析了非线性刚度系数、磁流变半主动阻尼系数、时滞量等参数对幅频响应曲线的影响，最后对系统进行了数值模拟，结果表明，合理的半主动反馈阻尼系数和时滞量可以有效地抑制系统的振动，但当参数选择不合适时，会使系统振动增大，甚至会导致系统破坏，验证了时滞反馈控制对抑制车辆振动的有效性。 结合车辆系统的运动状况，设计了以车身加速度和车身与转向架之间的速度差作为控制器的两个输入变量、以磁流变阻尼器所需电流作为控制器的输出变量的模糊控制策略，在MATLAB/Simulink环境中建立了基于模糊控制的两自由度及六自由度半主动悬挂系统仿真模型。仿真结果表明，基于模糊控制的半主动悬挂系统的减振效果要明显好于被动悬挂系统，车辆乘坐舒适度和行驶平稳性得到有效提高。 由于模糊控制策略的参数是靠设计者的经验随机获得的，具有不确定性，针对这一问题，提出了基于粒子群优化的模糊控制策略，通过对其量化、比例因子的优化来寻找最优参数使控制效果达到更佳。首先介绍了粒子群优化算法的原理及优化流程，并分析了参数变化对优化效果的影响，然后建立了PSO-Fuzzy控制系统的Simulink模块图，仿真结果表明，基于粒子群优化后的模糊控制半主动悬挂系统，能够有效提高系统的控制性能，其超调量和振动波动明显减小，实现了对车辆悬挂系统的优化控制。 |
| 作者： | 雒琦 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 丁旺才 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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