高速列车横向主动、半主动悬挂控制研究

论文摘要

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(CARIMA)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

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 列车被动悬挂分析及主动控制问题的提出
• 1.2 列车主动悬挂控制系统分类及其原理分析
• 1.3 高速列车横向半主动悬挂系统的必要性
• 1.4 主动悬挂控制状况及其控制策略
• 1.5 半主动预测控制的提出及研究状况
• 1.6 可调阻尼减振器的研究现状
• 1.7 本文的主要研究工作
• 第二章 列车横向半主动测控系统建模研究
• 2.1 模型作用及建模方法
• 2.2 横向半主动悬挂测控系统方案
• 2.3 车辆横向半主动悬挂模型建立
• 2.4 测控系统输入通道数学模型建立
• 2.5 测控系统输出通道数学模型建立
• 2.6 小结
• 第三章 轨道线路不平顺激扰模拟新方法
• 3.1 传统轨道不平顺的数值模拟方法及特点
• 3.2 轨道不平顺模拟新方法
• 3.3 新方法模拟实例
• 3.4 小结
• 第四章 车辆横向振动内部矛盾关系仿真研究
• 4.1 车辆横向模型数值仿真实现
• 4.2 车体横向振动内部变量传统谱分析
• 4.3 多目标矛盾关系研究新理论
• 4.4 车体横向振动内部变量矛盾分析方法
• 4.5 小结
• 第五章 横向主动、半主动广义预测控制仿真研究
• 5.1 预测控制理论的发展状况
• 5.2 预测控制的基本特征
• 5.3 广义预测控制的基本原理
• 5.4 车辆主动、半主动悬挂广义预测控制仿真
• 5.5 带模型误差修正的广义预测控制算法
• 5.6 带模型误差修正的广义预测控制仿真
• 5.7 输出为振动速度的广义预测控制仿真分析
• 5.8 小结
• 第六章 列车横向主动、半主动预测控制试验研究
• 6.1 原车被动悬挂试验
• 6.2 御下原车横向阻尼的被动悬挂试验
• 6.3 横向全主动广义预测控制试验
• 6.4 横向半主动悬挂预测控制试验
• 6.5 不同悬挂下试验结果比较
• 6.6 小结
• 第七章 虚拟阻尼变结构半主动减振新方法
• 7.1 半主动变结构问题的提出
• 7.2 虚拟阻尼器的定义
• 7.3 虚拟阻尼器的实现问题
• 7.4 可调阻尼实现虚拟阻尼器的示功图仿真分析
• 7.5 半主动阻尼变结构减振系统性能仿真分析
• 7.6 小结
• 第八章 列车横向阻尼变结构控制应用仿真研究
• 8.1 列车横向半主动阻尼变结构控制原理
• 8.2 车辆局部模型的横向阻尼变结构控制仿真研究
• 8.3 车辆整车模型的阻尼变结构控制仿真研究
• 8.4 小结
• 结论与展望
• 1.主要研究结论
• 2.主要创新点
• 3.研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 读博士学位期间发表的论文及科研成果
• （1） 发表的论文
• （2） 科研课题