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高速列车主动悬挂多速率控制方法研究
| 论文题名： | 高速列车主动悬挂多速率控制方法研究 |
| 关键词： | 高速列车;主动悬挂;多速率控制方法;减振性能 |
| 摘要： | 随着高速列车速度的不断提升，人们对列车减振降噪技术有了更高的要求。摈弃传统被动悬挂，采用主动悬挂技术已成为当前列车发展的必然趋势。然而，列车主动悬挂作为一个以计算机为控制核心的主动减振系统，设备结构复杂，在这样复杂的多变量计算机控制系统中，要求系统各处都采用单一的采样周期是不现实的，而一般较短的采样周期可得到较好的控制品质，但这将提高振动主动控制系统的复杂性和造价。因此，为了解决上述问题，本文开展高速列车主动悬挂多速率控制方法研究，设计多速率采样数字控制器，以期优化列车主动悬挂减振性能，提高乘客乘坐舒适性。 采用轨道垂向与横向随机不平顺激扰作为高速列车的干扰激励，以列车单节车辆为研究对象，分别建立以车体质心垂向位移和车体点头角位移为输出变量的高速列车车辆垂向主动悬挂连续时域系统模型，以及以车体横向侧滚角位移为输出变量的横向主动悬挂连续时域系统模型。通过系统阶跃不变离散化方法，将上述连续系统状态方程离散化。采用多速率数字系统提升技术，分别获得垂向和横向主动悬挂多速率系统的动力学状态空间模型。 根据一般离散化系统可控可观测性判据，计算分析列车垂向和横向主动悬挂多速率系统的可控可观性。接着，探讨开闭环极点分布情况，分析考虑模型摄动以及含时滞的主动悬挂多速率系统稳定性条件。最后，进行了连续时域、离散单速率和多速率三种不同系统控制前的输出性能对比仿真，结果表明主动悬挂多速率系统相比离散单速率系统，振动控制性能和响应速度都得到了较好的提高。 利用遗传算法工具箱，优化选取加权矩阵Q、R值。针对垂向和横向主动悬挂连续时域系统、离散单速率系统和多速率系统，分别求解出各自的最优反馈加权矩阵，获得三种不同振动主动控制系统最优控制器。SIMULINK对比仿真分析三种系统质心垂向位移、点头角位移以及侧滚角位移控制输出效果，仿真结果表明所设计的控制器是有效的，且施加控制后的结果也表明多速率数字系统在控制性能上的优越性。最后基于电磁阻尼原理，搭建电磁阻尼主动悬挂的简易实验验证平台，开展单速率和多速率采样下的实验对比研究。结果表明多速率数字系统会对悬挂系统的振动控制效果有一定的影响，且多速率系统振动控制效果优于单速率系统。 |
| 作者： | 孙法雄 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 熊国良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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