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高速列车车体智能结构减振技术研究
| 论文题名： | 高速列车车体智能结构减振技术研究 |
| 关键词： | 高速客车;弹性振动;压电智能结构;独立模态;主动控制 |
| 摘要： | 随着高速铁路技术的发展，对客车的运行平稳性和舒适性要求不断提高。客车平稳性与车体弹性振动密切相关，而随着高速列车车体质量的轻量化，车体的弹性振动问题日益加剧，这势必会降低客车的运行平稳性和舒适性。为了解决这一问题，国内外科研人员已经做了很多理论和实验研究工作，包括对车体进行约束阻尼处理、变刚度、采取振动被动或主动控制等均取得了丰富的研究成果，但是能具体应用到实际车辆的解决方案还有待继续探索。前人的研究预示，采用压电智能结构进行车体弹性振动主动控制是一种很有应用前景的解决方案。 本文在总结前人研究成果的基础上，依据从简到繁的研究思路，首先推导了π型压电堆作动器的输出力矩和控制电压之间的关系；其次，通过悬臂梁验证模型得出了基于压电智能结构实施振动主动控制的基本规律；然后，建立了带压电作动器且考虑车体弹性效应的高速车辆垂向动力学模型，研究了车体和构架自振频率之间的取值关系；最后，采用基于独立模态的主动控制实现了对车体的弹性振动主动控制仿真。 研究了各模态作用下结构的应变情况，得出的结论是：压电作动器应安装在结构的最大应变处，即悬臂梁模型的根部位置和实车模型的车体中部位置。分析了LQR方法对压电悬臂梁的振动控制以及控制参数对控制效果的影响规律，得出的结论是：采用主动控制能有效的控制悬臂梁的弹性振动；R值越小，控制力越大但消耗能量也越大，Q值越大振动幅值衰减越快，R和Q的取值应考虑性能泛函和控制输出力两方面因素来确定。探讨了车体和构架自振频率之间的关系，对比了主动控制前后车体的弹性振动特性变化，得出的结论是：在无控制状态下，为了减小车体的弹性振动，车体的一阶弯曲自振频率应大于√2倍构架浮沉自振频率，同时其取值受到构架弹性振动频率的限制，应予以综合考虑；采用基于压电作动器的主动控制能有效地抑制车体一阶垂向弯曲振动，同时不会影响构架和车体的刚体振动，车辆的平稳性和加速度得到了明显改善。当R值取1×10-6时，作动器出力值合理，控制效果最优。 |
| 作者： | 陈维通 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 曾京 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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