城軌車輛垂向振動(dòng)魯棒控制研究.pdf

1、城軌車輛的迅猛發(fā)展給人們出行提供了諸多便利，為經(jīng)濟(jì)區(qū)域化的形成奠定了堅(jiān)實(shí)的交通基礎(chǔ)。與此同時(shí)，車輛結(jié)構(gòu)振動(dòng)也隨之加劇，引發(fā)了一系列的不良影響。改善轉(zhuǎn)向架性能的主動(dòng)控制方法是解決上述問題的主要途徑之一，國內(nèi)外學(xué)者在主動(dòng)懸架控制方面做了大量的研究工作。由于運(yùn)行車輛本身就是一個(gè)復(fù)雜的不確定系統(tǒng)，在建模時(shí)又不可避免地造成一些不確定性，導(dǎo)致最終得到的車輛模型存在諸多不確定性。本文考慮到車輛在運(yùn)行過程中存在的外部干擾和車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)攝動(dòng)變化等問題，分

2、別采用魯棒H∞和μ控制原理設(shè)計(jì)魯棒控制器，對車輛振動(dòng)進(jìn)行控制抑制，提高車輛運(yùn)行平穩(wěn)性、乘坐舒適性，同時(shí)延長車輛零部件和軌道路基的使用壽命、降低對周圍環(huán)境的影響具有重要的意義。
　　本研究首先對引起車輛振動(dòng)的根源進(jìn)行系統(tǒng)的分析，利用離散傅立葉變換法將頻域軌道譜轉(zhuǎn)化成時(shí)域形式的軌道不平順。另一方面，在分析城軌車輛振動(dòng)原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用哈密爾頓原理建立6-DOF車輛垂向振動(dòng)模型。將軌道不平順作為外部輸入，對城軌車輛振動(dòng)狀況進(jìn)行仿真分析，

3、并采用Sperling平穩(wěn)性能指標(biāo)對振動(dòng)狀況進(jìn)行評價(jià)。其次，在建立城軌車輛模型的基礎(chǔ)上，選用車體相對前、后轉(zhuǎn)向架的振動(dòng)位移作為檢測量，車體浮沉振動(dòng)加速度、浮沉振動(dòng)位移和點(diǎn)頭振動(dòng)轉(zhuǎn)角作為被控輸出，考慮到名義對象忽略的不確定性和控制系統(tǒng)的性能要求，選取適當(dāng)?shù)臋?quán)函數(shù)建立 PS/T廣義對象模型，在運(yùn)用線性矩陣不等式(LMI)給出魯棒H∞控制器存在條件的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行凸優(yōu)化處理求解魯棒 H∞控制器來抑制車體垂向振動(dòng)，提高車輛的運(yùn)行品質(zhì)和運(yùn)行安全

4、，并在Matlab環(huán)境下進(jìn)行仿真驗(yàn)證。最后，考慮到城軌車輛在運(yùn)行過程中車輛振動(dòng)參數(shù)攝動(dòng)變化的問題，主要針對簧上質(zhì)量、彈簧剛度等參數(shù)的攝動(dòng)，利用線性分式變換LFT對車輛垂向振動(dòng)模型進(jìn)行不確定分析，運(yùn)用結(jié)構(gòu)奇異值變換將模型中攝動(dòng)參數(shù)隔離出來，采用D-K迭代法求解垂向振動(dòng)魯棒μ控制器。為了增強(qiáng)控制器的工程可實(shí)現(xiàn)性，應(yīng)用Hankel范數(shù)逼近法對控制器進(jìn)行降階處理。以軌道高低不平順作為外部激勵(lì)對所得到的控制器進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證分析魯棒μ控制器的魯