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原文传递高速铁路列车--轨道--桥梁耦合振动系统实时混合试验研究

论文题名：	高速铁路列车--轨道--桥梁耦合振动系统实时混合试验研究
关键词：	高速铁路列车;车-轨-桥耦合振动系统;实时混合试验
摘要：	实时混合试验(RTHS)技术将理论模型、数值仿真和现场试验结合起来，形成了数值模型和试验体同步运行、相互作用的实时系统，具有高可靠性、可重复使用和代价低等优点，广泛应用于土木、交通、航空等领域。本文基于RTHS技术构建了高速铁路列车-轨道-桥梁(TTB)耦合振动实时混合试验(TTB-RTHS)系统，复现不同工况下的桥上行车过程。根据RTHS子结构划分原理，将桥梁-轨道作为数值子结构，高速列车作为试验子结构，轨道对列车的作用采用振动台加载实现，列车对轨道的作用以轮轨力的形式反作用于桥梁-轨道数值子结构，从而形成闭环系统。本文围绕TTB-RTHS开展了如下研究: 　　(1)搭建了数值振动台。为便于TTB-RTHS模拟，基于电液伺服阀压力-流量关系、液压缸流体连续性原理和液压缸压力-负载的力平衡方程建立了液压作动器的动力学模型，利用4个作动器动力学模型和台面位移转化模块建立了3自由度数值振动台模型，探讨了不同频带信号加载下数值振动台的动力性能。　　(2)提出了自适应线性二次高斯和递推预测最优时滞补偿算法。针对RTHS中子结构之间的时滞问题，在线性二次高斯算法(LQG)补偿器中，分别引入了最小二乘批处理算法和最小二乘递推辨识算法形成了自适应线性二次高斯(ALQG)算法和递推预测最优(RPO)算法;ALQG方法实现了在线自适应调节控制系统增益的目标，提升了控制系统的鲁棒性;RPO方法计算过程中仅依据前一时刻的数据辨识预测公式的参数，极大地提升了计算效率。基于Simulink平台搭建了ALQG和RPO时滞补偿器，并与LQG和H∞对比讨论了方法的时滞补偿性能。　　(3)搭建了高速铁路列车-轨道-桥梁耦合振动系统实时混合试验虚拟平台。基于Simulink平台搭建了桥梁-轨道的垂向动力学模型、高铁车1/4简化模型的垂向动力学模型、数值振动台和4种时滞补偿器，复现了不同速度、考虑轨道不平顺因素下的桥上行车过程，分析了系统的稳定性和时滞补偿器的性能;基于上述模型，结合Simpack平台建立了一节高铁车的多体动力学模型，模拟高铁车的振动响应，将其作为试验子结构模型，通过Simulink-Simpack联合仿真的方式复现了桥上行车过程。　　(4)开展了高速铁路列车-轨道-桥梁耦合振动系统实时混合试验研究。数值子结构为七跨桥垂向动力学模型，试验子结构为高铁车单转向架模型（1/4车体），安装在车体和转向架的加速度传感器测量二者的加速度响应，实时计算轮轨力并反馈回数值子结构，子结构相互作用通过水平振动台模拟，ALQG作为时滞补偿器提升振动台加载性能，形成行车闭环系统。基于TTB-RTHS复现了考虑速度、轨道不平顺、桥梁截面和轨道沉降因素下的桥上行车过程，分析了车-轨-桥耦合振动系统实时混合试验的稳定性和时滞补偿性能。
作者：	张博
专业：	仪器科学与技术；测试计量技术及仪器
导师：	王涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国地震局工程力学研究所
学位年度：	2022