考虑轨道竖曲线引起的载荷干扰的悬浮控制技术研究

论文摘要

磁浮列车运行在轨道竖曲线段时,由于列车和轨道之间的几何约束和动力学约束,导致列车悬浮系统会受到各种载荷干扰。试验表明:当列车以一定速度通过竖曲线时,车厢会发生剧烈振动,称为“点头现象”。如果没有有效的控制方法,将会影响悬浮系统的动态性能,严重时可能使系统失稳。本文主要针对列车过竖曲线时的载荷干扰特性,研究如何从控制角度提高悬浮系统的抗载荷干扰的能力。本文的主要研究工作包括:1、以单边电磁铁模块为研究对象,建立了两点悬浮系统物理模型。通过分析系统的稳定性和可控性,采用状态反馈的控制方法,得出悬浮系统的仿真模型,并对磁浮列车在平直轨道上的悬浮过程进行仿真分析。2、针对列车过竖曲线时的运行现象,对轨道竖曲线段的几何约束和动力学约束以及空气弹簧的特性进行了分析。通过对竖曲线半径、列车运行速度和载荷之间的动力学分析,得出了列车过竖曲线时的扰动力表达式。3、在现有控制算法的基础上,对各反馈信号进行分析,针对抑制载荷干扰提出新的反馈信号组合,并通过仿真验证了新控制算法的可行性和有效性。4、考虑到当载荷干扰过大时,系统可能出现饱和,为此,研究了悬浮控制器输入饱和对列车悬浮系统稳定性的影响,给出了考虑饱和环节后的悬浮控制系统参数优化方法。通过仿真对比发现,优化参数后的悬浮系统对于同样的载荷干扰其悬浮间隙波动幅度变小。本文的理论分析验证了磁浮列车过竖曲线的有关试验现象,仿真结果表明:提出的新控制方案对于工程实际具有一定的参考意义。但同时还需要进一步的工程试验验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 磁悬浮列车工作原理和基本分类
• 1.1.2 各国磁悬浮列车发展概况
• 1.1.3 我国发展磁悬浮列车的必要性与课题研究意义
• 1.2 悬浮列车过竖曲线载荷干扰问题的提出
• 1.3 悬浮列车过竖曲线载荷干扰问题的研究现状
• 1.4 磁浮控制系统输入饱和问题的研究现状
• 1.5 本文的研究内容与章节安排
• 第二章 EMS 型低速磁浮列车两点悬浮控制模型建立与分析
• 2.1 EMS 型两点悬浮系统数学模型
• 2.1.1 EMS 型两点悬浮系统物理结构
• 2.1.2 等效间隙的提出
• 2.1.3 两点悬浮系统开环模型
• 2.1.4 两点悬浮系统稳定性和可控性分析
• 2.2 两点悬浮系统仿真模型
• 2.2.1 电磁铁加速度和加速度计测量值的关系
• 2.2.2 两点悬浮系统仿真结构图
• 2.2.3 起浮过程的两点悬浮系统模型仿真
• 2.3 本章小结
• 第三章 轨道竖曲线段的干扰力分析及悬浮控制算法研究
• 3.1 竖曲线轨道参数约束
• 3.1.1 中低速磁悬浮线路简介
• 3.1.2 竖曲线工程设计约束
• 3.2 空气弹簧特性分析
• 3.2.1 空气弹簧刚度计算公式
• 3.2.2 空气弹簧刚度实验方法
• 3.3 列车过轨道竖曲线的扰动力分析
• 3.3.1 过竖曲线时空气弹簧的形变量分析
• 3.3.2 列车过轨道竖曲线的扰动力分析
• 3.4 载荷干扰下的悬浮控制方法探究
• 3.4.1 反馈信号分析
• 3.4.2 新控制算法的提出
• 3.4.3 控制方案仿真对比
• 3.5 本章小结
• 第四章 悬浮系统执行器饱和条件下的悬浮控制研究
• 4.1 悬浮系统执行器饱和分析
• 4.1.1 饱和受限控制系统的分类
• 4.1.2 悬浮控制执行器工作原理
• 4.2 悬浮系统执行器饱和的研究方法
• 4.2.1 饱和受限控制系统的研究方法简介
• 4.2.2 悬浮系统状态反馈参数优化方法
• 4.3 悬浮系统参数优化及仿真
• 4.3.1 单点悬浮模型
• 4.3.2 反馈参数优化的仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果