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高速列车半主动悬挂垂向振动控制研究
| 论文题名： | 高速列车半主动悬挂垂向振动控制研究 |
| 关键词： | 高速列车;半主动悬挂;垂向振动;磁流变阻尼器;模糊控制 |
| 摘要： | 高速列车运营时速的提升导致车体垂向振动加剧，传统悬挂装置无法满足乘客对行车安全和乘坐舒适度的要求。针对列车半主动悬挂垂向振动控制展开研究，围绕减振器建模和控制策略设计两个方面，以衰减列车垂向振动加速度为目标，通过仿真实验比较各控制策略对列车垂向减振的效果。论文主要研究内容为以下几个方面。 （1）搭建轨道激励时域模型。为实现车辆动力学仿真模型时域激励输入信号的模拟，采用轨道高低不平顺作为列车高速运行过程中的线路激励。通过对国内外高低功率谱密度的比较，利用周期图法对中国高速铁路无砟轨道谱进行时域模拟。 （2）建立磁流变阻尼器模型。根据其工作原理和性能优势，设计剪切阀式磁流变阻尼器作为高速列车半主动悬挂垂向减振器。目前考虑外界激励和阻尼特性的磁流变阻尼器动力学模型较少，通过对不同工况下示功曲线进行比较，分析控制电流、正弦激励和活塞运动对阻尼器出力特性的影响。针对动力学建模困难的问题，在研究参数模型的基础上，依据设计的阻尼器提出基于现象模型的改进模型，并对其参数辨识。 （3）列车半主动悬挂垂向动力学仿真模型的搭建。以某型高速列车为研究对象，考虑车体和阻尼器的共同作用，利用仿真软件搭建基于磁流变阻尼器的半主动悬挂垂向动力学模型，并验证阻尼器输出的阻尼力和位移均能满足列车垂向减振的性能要求。 （4）列车半主动悬挂垂向振动控制策略的设计。论文搭建以车体垂向加速度和车体点头角加速度为输入变量，磁流变阻尼器的控制电流为输出变量的模糊控制器。针对模糊控制自适应差和PID参数调节困难的问题，搭建模糊PID控制器对控制参数进行整定。为提高模糊PID控制精度，搭建基于遗传算法的模糊PID控制器优化模糊控制规则。 （5）分析与选取评价指标，搭建联合仿真实验。为验证所施加的控制策略对列车垂向减振的有效性和稳定性，从时域和频域、不同车速等级下，对比分析车体垂向加速度的响应曲线。结合评价指标和仿真结果，得到以下结论：相比于被动控制，各控制策略整体上取得较好减振效果，提高了车辆运行的稳定性。随着车速提高，车体振动加剧，垂向振动加速度波峰曲线主要集中于低频段范围内，施加的控制策略具有较好的稳定性均能改善垂向低频振动。GA优化的模糊PID控制垂向减振效果最好，模糊PID控制效果优于模糊控制，均能有效降低车体垂向加速度的幅值。 |
| 作者： | 叶晓宇 |
| 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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