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基于超磁致伸缩作动器的列车主动悬挂系统控制算法研究
| 论文题名： | 基于超磁致伸缩作动器的列车主动悬挂系统控制算法研究 |
| 关键词： | 轨道列车;主动悬挂;超磁致伸缩作动器;模糊自适应PID控制;BP神经网络;数学模型 |
| 摘要： | 由于中国铁路事业的迅猛发展，然而列车在运行过程中产生的振动随着运行速度的提升而更加剧烈，进而使得产生不利于高速列车运行平稳性和安全性的影响。现如今随着机械加工工艺、智能模块的控制以及新型功能材料的蓬勃发展和技术普及，基于新型智能化且高性能的作动器以及与主动控制技术相结合的思路也逐渐进入大众视野。针对列车被动悬挂系统已不再满足列车日常运行的减振需求的问题，通过采用将主动悬挂系统应用至高速列车悬挂系统中的方法，对高速列车进行主动减振。本文针对基于超磁致伸缩作动器(GiantMagnetostrictiveActuator,GMA)的列车主动悬挂系统控制算法的研究，并对主动悬挂系统应用至高速列车中研究、应用以及设计提供相应的思路供以参考。 首先，通过对高速列车的三种不同悬挂系统和几个典型作动器的深入探索和了解，根据研究现状，将GMA应用至高速列车的主动悬挂系统中提供主动输出力，从而起到主动隔振的作用。 其次，根据列车主动悬挂系统对作动器需在减振中输出参数的要求，通过列车被动悬挂系统和理论计算，得出应用至主动悬挂系统中的作动器的理想参数，由此确定超磁致伸缩作动器的传递函数数学模型，以CRH3型车为研究对象，对高速列车2-DOF的主动悬挂状态方程的进行求解。 再次，根据被动悬挂系统的状态逆推导出GMA的理想输出作动力，设计出适用于高速列车主动悬挂系统的作动器和主动悬挂系统的控制器。 最后，在Matlab/Simulink中完成针对主动悬挂系统的PID、模糊自适应整定PID、BP神经网的模糊自适应整定PID控制算法的三种控制器设计，在同一外部激励下，并对其进行仿真分析。结果表明，和无主动减振控制的被动悬挂系统相比较，由此使得高速列车的运行平稳性显著提升。相较于采用单一PID控制算法的列车悬挂系统，采用基于BP神经网络复合控制算法的列车悬挂系统对列车减振有明显的提升，平稳性指标从2.923减小至2.296，平稳性指标提高了21.45%。同时由此可知，复合的控制策略与单一的控制策略相比，其控制的高速列车主动悬挂性能优于采用单一控制策略的主动悬挂系统，而且减振效果比被动悬挂系统更加明显。 |
| 作者： | 沈燕妮 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 孟建军;李永宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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