鐵道車輛饋能式主動懸架研究.pdf

1、隨著高速鐵路技術(shù)的發(fā)展，鐵路運輸?shù)母咚倩瘜⒓觿¤F道車輛行駛時的車體振動，影響鐵道車輛運行的穩(wěn)定性及乘坐的舒適性，這使得人們對鐵道車輛懸架性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的被動懸架由于建立在選定的彈簧剛度與減振阻尼參數(shù)基礎(chǔ)上，無法更好的適應(yīng)不同線路的運行條件。因此，為了克服被動懸架的缺陷，研究者們提出了基于主動控制技術(shù)的主動懸架，其能夠根據(jù)車輛的運行狀態(tài)與線路狀況實時調(diào)整輸出阻尼力，滿足車輛高速平穩(wěn)運行的要求，并顯著提升乘坐舒適度。但是，主動懸

2、架的實現(xiàn)依賴于外部功率的輸入，需要為執(zhí)行器的有效工作提供大量能量，這限制了主動懸架在實際工程中的應(yīng)用。因此，本文針對鐵道車輛二系橫向懸掛系統(tǒng)，研究了一類能量回饋式主動懸架，它通過回收軌道不平順激勵引起的振動能量，來實現(xiàn)對主動懸架執(zhí)行器的能量供給，進(jìn)而在不依賴于外部能源的情況下，實現(xiàn)對車輛振動的有效抑制。
　　本文研究的主要內(nèi)容包括:
　　(1)給出了一種基于LQR最優(yōu)控制的鐵道車輛饋能式二系橫向懸架的設(shè)計方法。通過設(shè)置執(zhí)行器

3、內(nèi)部功率損耗系數(shù)及能量回收功率損耗系數(shù)，分析了主動懸架內(nèi)的能量流動情況以及相應(yīng)的能量平衡條件。通過對二次性能指標(biāo)權(quán)重的調(diào)整，分析了控制增益對減振性能與能量消耗的影響，并給出了執(zhí)行器參數(shù)選型的具體要求，使得執(zhí)行器能夠在滿足主動懸架期望減振性能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)外部能量的零消耗。同時，為了進(jìn)一步應(yīng)對主動懸架的高功率需求，在選定執(zhí)行器的基礎(chǔ)上研究了一種適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，它在保證較好的減振性能前提下，通過在線調(diào)整控制增益進(jìn)一步降低了執(zhí)行器的能量消耗。

4、
　　(2)給出了一種在頻域內(nèi)對鐵道車輛饋能式二系橫向懸架的分析設(shè)計方法，并對系統(tǒng)的能量平衡條件以及改善減振性能與能量消耗之間的關(guān)系作了詳細(xì)的分析?；谙到y(tǒng)的簡化模型，通過模式天棚阻尼控制方法將車輛懸架動態(tài)分解為橫向運動模式與搖頭運動模式，進(jìn)而在頻域內(nèi)利用軌道橫向不平順功率譜密度對執(zhí)行器的平均消耗功率進(jìn)行計算。以此為基礎(chǔ)研究了控制增益與執(zhí)行器關(guān)鍵參數(shù)對振動抑制與系統(tǒng)能量回饋的影響，并通過完整模型的數(shù)值仿真驗證了所得能量平衡條件，仿

5、真結(jié)果表明在沒有外部能源供給情況下，主動懸架實現(xiàn)了自供能量并顯著改善了減振性能。
　　(3)對于有界狀態(tài)時滯和控制輸入時滯下，具有范數(shù)有界不確定參數(shù)的線性系統(tǒng)，在二次型性能指標(biāo)含有交叉項的情況下，分別研究了系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)保性能控制算法和保性能/H∞控制算法。通過Lyapunov函數(shù)方法，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和相應(yīng)性能指標(biāo)的前提下，將系統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計問題轉(zhuǎn)換為一組線性矩陣不等式的求解問題。數(shù)值算例仿真表明，所設(shè)計的算法能夠?qū)o定的含有狀態(tài)

6、時滯和輸入時滯的參數(shù)不確定系統(tǒng)實現(xiàn)鎮(zhèn)定，并最優(yōu)化性能指標(biāo)。
　　(4)基于具有范數(shù)有界不確定參數(shù)的1/4鐵道車輛懸架系統(tǒng)，設(shè)計了最優(yōu)化二次型性能指標(biāo)的主動懸架魯棒控制器。利用該控制器在1/4車輛模型上分析了系統(tǒng)參數(shù)攝動下的能量平衡條件。然后，利用含有攝動參數(shù)的整車模型仿真對所設(shè)計的魯棒控制器與傳統(tǒng)LQR最優(yōu)控制器以及被動懸架的性能做了比較分析，并對自供能量條件進(jìn)行了驗證。
　　(5)基于執(zhí)行器有時滯的1/4鐵道車輛懸架系統(tǒng)，