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地铁车门传动系统建模与退化补偿控制策略
| 论文题名： | 地铁车门传动系统建模与退化补偿控制策略 |
| 关键词： | 地铁车门;传动系统;运动特性;退化补偿 |
| 摘要： | 地铁车门是地铁重要组成部分之一，而车门传动系统的健康状态关系到地铁能否安全运营。因车门是传动系统动力传递的最终作用对象，伴随着累计运行时间的增加，车门传动元件如丝杆、减速器、联轴器、传动螺母老化磨损等引起系统退化后，将导致车门开关性能的下降甚至会发生车门开关不到位、卡滞等故障。因此，本文以地铁车门传动系统作为研究对象，对传动元件展开退化分析，研究车门运动特性并对传动系统进行建模分析，得到系统未退化时的车门关门性能；然后针对传动元件退化磨损引起系统退化、从而导致车门开关性能下降的问题展开详细分析并提出相应的解决措施，使车门开关性能始终维持于较为健康的状态，这对于延长系统的工作寿命及地铁安全稳定的运行具有重要意义。本文所做主要工作如下： （1）对地铁车门传动系统的结构组成、工作原理等进行相应的介绍，针对主要传动元件如梅花联轴器、行星齿轮减速器与丝杆展开退化分析并推导建模所需参数，为建立系统动力学模型及模型的退化分析与补偿奠定基础。通过实地走访某地铁公司采集地铁车门加速度数据以及对车门运动轨迹进行分析，得到车门在X（平行于车门方向）、Y（垂直于车门方向）方向的运动特性，分析出X、Y方向的车门位移、速度及加速度随时间的变化特点。 （2）将地铁车门传动系统简化为质量—弹簧—阻尼系统，建立相应的动力学模型，求取系统传递函数并运用MATLAB对所建动力学模型展开数值仿真，得到系统未退化状态下的速度及位移输出结果。最后由采集的车门加速度数据验证了建模的正确性，为后续自动补偿控制策略的应用提供模型基础。 （3）针对地铁车辆在长期运营过程中，车门传动元件退化影响车门开关性能的问题，提出一种自动补偿控制策略，用于消减系统退化对车门开关性能的影响，提高车门传动的可靠性。通过观察各退化参数（系统阻尼系数f、传动螺母与丝杆间的轴向接触刚度k6、k1、k2、k3、k4、k5向联轴器2折算后的等效扭转刚度k''）变化后的原系统模型位移、速度输出变化情况，并与对应条件下补偿控制系统的位移、速度的仿真结果作对比。对比结果表明，当传动元件退化引起系统各退化参数变化时，提出的自动补偿控制策略能够很好地消减传动系统元件退化引起的车门开闭速度波动，使车门的开关性能接近于未退化状态，验证了该补偿控制策略的有效性。 |
| 作者： | 仓恒 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 高文科 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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