基于磁流變阻尼器的高速動(dòng)車組半主動(dòng)控制與時(shí)滯分析.pdf

1、高速動(dòng)車組技術(shù)是近年來發(fā)展最為迅速的前沿技術(shù)之一,我國已在高速動(dòng)車組方面取得了巨大了成功,為我國軌道運(yùn)輸行業(yè)注入了新的活力。高速動(dòng)車組開行以來,隨著運(yùn)行速度的不斷提升,也提出了許多重要的課題。一方面,高速動(dòng)車組的高運(yùn)速、分散動(dòng)力、成編組運(yùn)行等顯著特點(diǎn)使得現(xiàn)有的鐵道機(jī)車車輛研究方法很難適用。仿真計(jì)算和現(xiàn)場試驗(yàn)的數(shù)據(jù)均表明,受車間耦合作用的影響,高速動(dòng)車組同一編組內(nèi)不同位置車輛的動(dòng)力學(xué)行為相差很大,需要建立專門的列車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行研究。

2、r>　　 另一方面,隨著高速動(dòng)車組運(yùn)行速度的逐漸提高,車間耦合作用和輪/軌耦合作用不斷加劇,高速動(dòng)車組的運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)和安全性能逐漸惡化。因此,必須采用有效手段抑制車體振動(dòng),提高系統(tǒng)性能。從提高系統(tǒng)性能和降低能耗的角度出發(fā),半主動(dòng)控制技術(shù)是近年來研究的熱點(diǎn),它以極少的能量消耗可以得到與主動(dòng)控制接近的效果。在眾多的阻尼器中,磁流變阻尼器(Magnetorheological damper)以出力大、范圍寬、反應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)成為半主動(dòng)控制技

3、術(shù)比較理想的作動(dòng)器。
　　 本文采用理論和數(shù)值仿真的方法,對高速動(dòng)車組建模、磁流變阻尼器模型參數(shù)識別、半主動(dòng)懸掛控制策略設(shè)計(jì)以及時(shí)滯對半主動(dòng)控制效果的影響分析等方面進(jìn)行了研究。論文的主要研究工作和創(chuàng)新性成果如下:
　　 (1)在對磁流變阻尼器進(jìn)行力學(xué)特性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對磁流變阻尼器模型進(jìn)行了參數(shù)識別。為了使選擇阻尼力調(diào)控參數(shù)變得“有理有據(jù)”,提出一種獨(dú)立參數(shù)調(diào)節(jié)法(Independently Parameter Adju

4、st Method)。該方法減小了傳統(tǒng)方法采用個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和試錯(cuò)法帶來的誤差,避免了參數(shù)識別過程中參數(shù)間耦合作用的影響。采用獨(dú)立參數(shù)調(diào)節(jié)法成功地對Bouc-Wen模型和Bouc-Wen修正模型進(jìn)行了參數(shù)識別。
　　 (2)采用多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS/Rail建立了6動(dòng)2拖的時(shí)速300公里高速動(dòng)車組模型,該模型考慮了大量的非線性部件和彈性元件,使得它更接近實(shí)際情況。該模型共包含224個(gè)可移動(dòng)部件和466個(gè)自由度。
　　 (3

5、)采用數(shù)值仿真的方法對高速動(dòng)車組單車、列車模型進(jìn)行分析,考察高速動(dòng)車組模型在不同運(yùn)行速度、不同線路狀況和軌道譜情況下的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、運(yùn)行平穩(wěn)性、安全性以及曲線通過性能。研究了編組內(nèi)車輛數(shù)量對列車動(dòng)力學(xué)性能的影響情況。
　　 (4)基于天棚(Sky-Hook,SH)阻尼控制和加速度阻尼(Acceleration DrivenDamping,ADD)控制,提出一種適用于高速動(dòng)車組中的改進(jìn)型半主動(dòng)控制策略SH-ADD控制。為了考察幾種半

6、主動(dòng)控制策略對高速動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)性能的影響,搭建了由半主動(dòng)控制器、磁流變阻尼器逆向模型、磁流變阻尼器正向模型、低通濾波器等組成的半主動(dòng)控制系統(tǒng)。采用ADAMS-Matlab聯(lián)合仿真的方法對高速動(dòng)車組半主動(dòng)控制進(jìn)行了仿真分析,仿真計(jì)算了橫向平穩(wěn)性指標(biāo)、脫軌系數(shù)、輪重減載率及輪軌作用力等指標(biāo)。研究結(jié)果表明:與SH控制和ADD控制相比,作者提出的SH-ADD控制無論在平穩(wěn)性還是安全性方面均能取得非常理想的控制效果。
　　 (5)根據(jù)時(shí)滯

7、產(chǎn)生的機(jī)理,將半主動(dòng)控制系統(tǒng)中的時(shí)滯分為采集時(shí)滯和執(zhí)行時(shí)滯兩類。提出一種兩類時(shí)滯的分析方法,即根據(jù)兩類時(shí)滯對系統(tǒng)性能的影響情況得出半主動(dòng)控制有效區(qū)域。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)滯量處于此有效區(qū)域內(nèi)時(shí),表示半主動(dòng)控制效果雖然受到時(shí)滯的影響,但仍能發(fā)揮作用。否則,表明半主動(dòng)控制失效。研究結(jié)果表明:隨著高速動(dòng)車組運(yùn)行速度的提高,半主動(dòng)控制系統(tǒng)有效區(qū)域面積逐漸縮小,SH—ADD控制的抗時(shí)滯能力明顯優(yōu)于其他控制策略。因此,在高速動(dòng)車組中采用時(shí)滯較小的磁流變阻尼器和