论文部分内容阅读
列车悬挂控制系统的减振效果直接影响列车运行的平稳性和旅客乘坐的舒适度。对高速列车悬挂控制系统进行优化设计,是衰减列车横向振动、提高列车横向平稳性的有效方法,对我国高速列车的发展有着重要的现实意义。高速列车半主动悬挂系统结构简单、功耗较低、可控性强、安全性高,目前已经成为高速列车车辆悬挂控制领域研究的热点之一。本文结合高速列车悬挂系统的动力学特性理论和智能控制领域的相关方法,对高速列车半主动悬挂控制系统进行了优化设计与仿真研究。具体的工作包括以下几点：(1)研究了列车车辆被动悬挂系统和主动、半主动悬挂系统的原理及其特点,分析了高速列车采用半主动悬挂系统的必要性,并对各种半主动悬挂控制策略进行了研究；(2)分析了轨道不平顺的原因,并基于功率谱密度采样的方法模拟出德国低干扰高速轨道谱,作为仿真运行时高速列车轨道不平顺动态模拟信号；同时结合列车随机振动机理,根据高速列车的微分运动方程,在MATLAB/Simulink环境中建立起十七自由度的高速列车横向半主动悬挂系统的应用仿真模型；(3)针对高速列车悬挂系统模型的复杂性,利用能够反映高速列车横向振动特点的三自由度半车简化模型和阶梯型广义预测控制算法(SGPC)设计出高速列车横向半主动悬挂控制系统,并且依据高速列车舒适度评价体系对控制效果进行了仿真研究。仿真结果表明：基于SGPC控制的高速列车半主动悬挂系统能够有效抑制车体的横向振动。与被动悬挂系统的最优减振状态相比,改善列车的横向平稳性18%左右；并且大幅衰减了车体的横向加速度峰值Amax和均方根值Arms,提高了高速列车的运行品质。同时研究了采用该控制策略后半主动悬挂系统在不同速度下列车的横向平稳性Sperling指标和加速度均方根值的变化情况：随着列车速度的提高,基于SGPC半主动控制的高速列车的横向平稳性指标都会增大,但相比于列车被动悬挂控制系统,仍然能够改善17%左右；车体加速度的均方根值改善明显,验证了该方法具有较好的鲁棒性。本论文的研究工作得到西南交通大学牵引动力国家重点实验室重点项目《机车车辆主动悬挂控制》的支持。