高速列車驅(qū)動制動動力學(xué)及其控制研究.pdf

1、進入新世紀以來，由于中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了解決鐵路客運的瓶頸制約，我國采取對國外先進高速列車技術(shù)的引進吸收消化再創(chuàng)新的方式，實現(xiàn)了中國鐵路的跨越式發(fā)展，并創(chuàng)造了運營時速350km/h的世界最高速。由于運行速度的提高，列車在高速狀態(tài)下的動態(tài)特性相對于低速狀態(tài)將產(chǎn)生很大的變化，如輪軌間的相互作用力、牽引電機的振動影響、齒輪間的高速嚙合、空氣動力學(xué)問題等，這些影響將對高速列車的運行性能以及牽引制動的有效性和安全性帶來更多的不確定性。在傳統(tǒng)的

2、車輛牽引制動動力學(xué)研究中，早期主要是針對2自由度的單輪對建模，只考慮輪對縱向牽引和制動及其相關(guān)動力學(xué)影響。模型簡單，只適合作理論上的探討；后來，建立了考慮轉(zhuǎn)向架、車體、輪對之間耦合關(guān)系的動力學(xué)模型，以評價牽引和制動的有效性和安全性，以及各種牽引制動方法引起的縱向振動對車輛動力學(xué)性能的影響。這些動力學(xué)模型雖然考慮了牽引和制動對車輛的動力學(xué)影響，但沒有從整體的角度(單車、整列車或機電耦合)來對系統(tǒng)進行分析，仍然不夠全面。因此，本文將從考慮傳

3、動系統(tǒng)及機電耦合的角度，對高速列車牽引制動控制及其動力學(xué)特性進行深入的研究。
　　 本論文所作的主要工作有：
　　 (1)通過建立異步牽引電機和逆變器等效數(shù)學(xué)模型，采用圓形磁鏈與六邊形磁鏈相結(jié)合的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對電機輸出轉(zhuǎn)矩進行控制。
　　 (2)對輪軌黏著特性進行分析，給出了黏著系數(shù)的估計方法，建立了基于Polach蠕滑力快速算法的傳動系統(tǒng)等效簡化模型，分析了輪軌蠕滑率對傳動系統(tǒng)振動的影響，以及黏著系數(shù)對輪對

4、縱向振動的影響。
　　 (3)采用遞歸最小二乘法預(yù)測黏滑曲線的斜率，應(yīng)用卡爾曼濾波估計車輛的參考輪對速度，獲得了在列車驅(qū)動防空轉(zhuǎn)和車輛制動防滑過程中黏著系數(shù)的最佳利用。
　　 (4)建立了基于Sanville流量公式的制動氣缸的非線性模型，對氣缸的壓力特性進行分析，運用滑?？刂坪瓦壿嬮T限值控制的方法，對牽引電機和制動氣缸進行控制，對車輛在高速工況下的電空聯(lián)合制動防滑控制進行了仿真，并對兩種控制方法的結(jié)果進行了對比。

5、>　　 (5)分析牽引電機轉(zhuǎn)子振動對車輛動力學(xué)性能的影響，建立了包括傳動系統(tǒng)的動車動力學(xué)模型，模型中考慮了轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的非線性力。通過數(shù)值仿真，研究了轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)非線性反力對牽引電機振動的影響，對比分析了考慮與不考慮轉(zhuǎn)子軸承非線性反力時車輛在驅(qū)動、勻速和惰行工況下的動力學(xué)特性。
　　 (6)分析了考慮和不考慮傳動系統(tǒng)情況下的車輛動力學(xué)特性，研究了考慮構(gòu)架柔性時車輛的縱向動力學(xué)特性的變化，以及在兩種編組條件下車間縱向減振器對