机车半主动悬挂控制的满意优化设计与仿真研究

论文摘要

由于机车车辆速度的提高,使其在铁路运行时的振动随之增加,车辆剧烈振动也会损伤车辆结构,轮轨之间的作用力和车辆振动达到一定程度后还会影响行车安全。控制车辆振动是机车车辆提速并改善其平稳性的关键技术。为了改善机车车辆的乘坐舒适性和运行平稳性,一方面可以提高线路的质量状况,另一方面则可以提高悬挂系统的性能。要提高线路的质量状况,需要投入巨额的费用。此外,线路的改造也很复杂,而目前我国一些线路受条件限制难以改造。因此,车辆的乘坐舒适性和运行平稳性只能依靠悬挂系统的减振性能来提高。设计合适的悬挂系统改善车辆的性能,是一种经济、有效的途径,对于正在进行的机车车辆研究具有重要意义。传统的被动悬挂系统的参数无法在车辆运行的过程中实施调节,难以适应机车车辆在高速运行时对平稳性的需求。半主动悬挂作为最先进的悬挂系统,能根据实时工况,及时地调整阻尼或刚度,使悬挂系统达到最优的减振状态。本文通过对被动悬挂、主动悬挂和半主动悬挂特点的分析,认为半主动悬挂以其能耗低、控制简单和失效导向安全性良好等优势,应是我国高速列车悬挂系统优先采用的控制方式。在此基础上,对我国机车车辆应采用的半主动悬挂控制策略和悬挂系统天棚控制原理作了阐述。针对机车车辆悬挂系统的特性,将模糊控制理论运用于半主动悬挂控制,依据模糊控制原理设计了模糊控制系统,并构建了实现此控制策略的半主动悬挂模型。采用以理想天棚阻尼控制为参考模型的半主动悬挂模糊控制系统,在MATLAB环境下,实现了半主动悬挂系统的控制仿真。针对影响仿真结果的模糊控制器中的隶属函数、控制规则运用满意优化设计方法对模糊控制器的隶属函数和模糊控制规则进行优化设计,使半主动悬挂系统的性能得到改善。仿真表明,采用半主动悬挂模糊控制,降低了车体加速度,车轮动载荷有一定程度减小,悬挂动变形波动相对稳定。采用满意优化设计的模糊控制在保证悬挂动变形变化在可接受的范围内时,更进一步减小了车体加速度,降低了车轮动载荷波动变化,提高了舒适性和平稳性,控制性能更优。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 机车车辆悬挂系统的发展及趋势
• 1.1.1 机车车辆悬挂系统
• 1.1.2 悬挂系统分析比较
• 1.2 半主动悬挂控制策略
• 1.2.1 最优控制
• 1.2.2 模糊控制
• 1.2.3 自适应控制
• 1.2.4 预测控制
• 1.2.5 神经网络控制
• 1.3 满意优化方法
• 1.4 铁道机车车辆主动/半主动悬挂研究现状
• 1.5 机车车辆半主动悬挂研究的必要性
• 1.6 课题的研究意义和论文的主要工作
• 1.6.1 课题的研究意义
• 1.6.2 论文的主要工作
• 第2章 机车车辆悬挂系统建模
• 2.1 ADAMS和 MATLAB联合仿真简介
• 2.1.1 ADAMS/Rail简介
• 2.1.2 ADAMS和MATLAB联合仿真简介
• 2.2 机车车辆系统集成模型建立
• 2.2.1 系统集成模型建立
• 2.2.2 系统集成模型分析
• 2.3 机车车辆悬挂系统性能的评判标准
• 2.3.1 机车车辆振动的特点
• 2.3.2 悬挂系统性能的评判标准
• 2.4 本章小结
• 第3章 机车车辆悬挂控制策略研究
• 3.1 机车车辆数学模型
• 3.1.1 被动悬挂和半主动悬挂数学模型
• 3.1.2 天棚阻尼（skyhook）控制模型
• 3.2 轨道信号分析
• 3.3 模糊逻辑控制策略
• 3.3.1 悬挂模糊逻辑控制系统设计
• 3.3.2 控制器模糊规则的选取
• 3.3.3 模糊逻辑推理
• 3.3.4 精确化过程
• 3.4 本章小结
• 第4章 机车车辆半主动悬挂模糊控制仿真计算
• 4.1 机车车辆系统集成模型建立
• 4.2 ADAMS和 MATLAB联合仿真
• 4.2.1 仿真模块建立
• 4.2.2 半主动悬挂模糊控制仿真计算
• 4.3 本章小结
• 第5章 半主动悬挂模糊控制的满意优化
• 5.1 模糊控制器的优化
• 5.2 多目标满意优化计算模型
• 5.3 半主动悬挂系统模糊控制的满意优化设计
• 5.3.1 隶属函数及控制规则的简述
• 5.3.2 优化设计步骤
• 5.4 满意优化方法设计半主动悬挂模糊控制
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文