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原文传递高速列车横向主动、半主动悬挂控制研究

论文题名：	高速列车横向主动、半主动悬挂控制研究
关键词：	高速列车;主动控制;半主动控制;轨道不平顺;广义预测控制;虚拟阻尼器
摘要：	我国铁路经过几次大提速表明，列车垂向运行平稳性基本能满足提速要求，而横向运行平稳性性能不佳，被动悬挂系统的局限性愈来愈明显。主动悬挂和半主动悬挂控制是改善列车横向运行平稳性的有效方法。结合我国铁路现状，采用半主动悬挂控制系统是我国目前高速列车悬挂系统的最佳方法。而全主动悬挂系统用于控制算法研究，为半主动控制算法积累经验。针对半主动悬挂控制系统的信号检测输入通道、控制量驱动放大及执行机构输出通道存在动态时延，以及列车结构和线路的复杂性，本文开展了以下研究工作：(1)建立了列车横向半主动悬挂控制系统的各环节(或子系统)的动态数学模型。即建立了整车横向17自由度模型和半车3自由度受控自回归积分滑动平均(CAⅪMA)模型，解决模型精度高和控制器复杂性的矛盾问题；将理论建模与试验建模相结合，建立了列车半主动悬挂输入、输出通道的传递函数模型。 (2)提出一种“基于频域采样的三角级数法”模拟轨道线路不平顺信号。通过仿真，与传统方法相比，该方法不仅实现容易、模拟精度高，而且还能获得指定频率处的不平顺幅值。 (3)对影响列车横向平稳性的车体横移振动、侧滚振动和摇头振动三者关系进行了传统谱分析研究，通过幅值谱和相频谱得出摇头振动是影响列车横向平稳性的主要因素。 (4)提出多目标约束下控制系统的满意优化算法，并将这一算法应用于对高速列车的横向三种振动的矛盾关系研究。通过仿真给出三种振动之间的矛盾度随速度变化的关系，以及在前后心盘处三种振动与合成横向振动之间的矛盾度随速度变化的关系。 (5)将广义预测控制理论应用于列车的主动、半主动悬挂控制。分别对车体的横向振动加速度为被控变量的不带误差修正、带误差修正广义预测控制，以及以车体横向振动速度为被控变量的广义预测控制进行仿真研究，结果表明：带干扰修正的控制算法对列车平稳性的改善最佳。以车体横向振动速度为被控变量的广义预测控制算法有效解决了二系横向静差问题，但对列车平稳性的改善情况也有所下降。 (6)设计和组建了列车横向主动、半主动悬挂广义预测控制试验系统软硬件。在牵引国家重点实验室滚动振动实验台上，对试验车进行了原车被动悬挂试验、去掉原车阻尼的被动悬挂试验、全主动预测控制试验和半主动预测控制试验。实验结果表明：全主动预测控制使平稳性提高22﹪，半主动预测控制使平稳性提高15﹪。 (7)提出阻尼变结构的虚拟弹性阻尼器、虚拟惯性阻尼器、虚拟复合阻尼器的概念，并对虚拟阻尼器的可实现域、示功图进行理论研究，在典型激励信号下，对质量-弹簧-阻尼二阶减振系统进行仿真分析，结果表明：虚拟阻尼变结构半主动减振新系统，明显优于传统的被动减振系统。 (8)将虚拟阻尼变结构减振技术，应用于列车半主动悬挂控制，提出了弹性天棚控制、惯性天棚控制、复合天棚控制概念及实验算法。将该控制算法应用于列车局部模型、17自由度的整车模型进行仿真分析，结果表明：惯性天棚控制、复合天棚控制明显优于传统天棚控制，并在此基础上提出一种基于反向梯度自寻优的开关式复合天棚控制算法。
作者：	陈春俊
专业：	载运工具运用工程
导师：	沈志云;高品贤
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文