基于非线性车辆模型的行驶状态与路面附着系数估计

路面状况和行驶状态的准确识别是车辆安全行驶和主动控制的重要依据。为了验证车辆行驶状态和路面附着系数估计的有效性,建立了包含Dugoff轮胎模型的四轮三自由度整车仿真模型,提出了基于扩展Kalman滤波理论的车辆行驶状态与路面附着系数估计算法。车辆在设定的双移线路面附着系数分别为0.8、0.7、0.6的工况下进行仿真,对比车辆的运动状态和车辆转向输入激励的趋势的一致性,验证了该模型的合理性。结合该模型计算出的Dugoff轮胎模型纵向和侧向归一化力,通过Matlab编程实现扩展卡尔曼算法估计,算法估算得到的汽车行驶状态参量和路面附着系数与仿真值进行对比。通过结果对比表明,车辆行驶状态估计值与Simulink数值解的均方根误差(RMSE)指标最大值不大于0.03,由于轮胎与路面是动态接触,路面附着系数呈上下波动状,实现了对车辆行驶状态参量和路面附着系数的实时估计,为重型车辆稳定性控制提供了理论基础。     

基于非线性观测器的IPMSM无位置传感器控制

为了解决内嵌式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制中转子角度和速度估计问题,根据IPMSM的状态方程和非线性理论,设计了一种非线性状态观测器,并基于Lyapunov稳定性原理讨论了观测器稳定条件.同时考虑负载影响,加入了负载转矩的观测由于模型参数问题和采样精度问题,状态变量的观测值和实际值存在一定误差,因此对角度和速度观测值分别进行了修正.仿真和试验研究表明,改进后的非线性观测器能够准确估计转子角度和速度,可以获得良好的动态和稳态性能.     

基于状态观测器的磁悬浮列车传感器故障容错方法

针对磁悬浮列车的加速度计或间隙传感器故障,设计了基于状态观测器的最优容错控制系统.首先建立了单电磁铁悬浮系统的模型,引入电流环降低系统阶数,然后按照标称闭环系统模型设计在线状态观测器.当单个传感器失效时,根据故障诊断系统提供的故障定位信息.实时采用状态观测器提供的状态估计信息,最终对单个传感器故障实现容错.仿真表明该方法的有效性.     

基于补偿反馈线性化的悬浮控制器设计

电磁型磁浮列车的悬浮系统为典型的非线性系统,经常受到外界扰动影响而失去稳定。针对悬浮系统的这种特点,设计一种干扰补偿的非线性悬浮控制器:在合理假设的基础上,建立EMS型磁浮列车悬浮系统的非线性数学模型;通过反馈线性化将该非线性模型精确线性化,得到等价的线性模型。然后,设计将反馈线性化补偿与扩张状态观测器相结合的悬浮控制器,利用外部扰动观测值对悬浮系统进行补偿。这一设计可大幅度提高悬浮系统的抗干扰能力。仿真实验结果表明,该控制器的控制性能明显优于基于反馈线性化方法设计的控制器,对干扰具有更强的鲁棒性。     

磁悬浮列车的非线性鲁棒控制

分析了磁悬浮列车悬浮系统模型的非线性特点,从增强悬浮系统的抗干扰能力和承载能力出发,利用非线性H∞控制理论,设计了状态反馈控制器;然后构造了一个状态观测器,实现了输出反馈控制器。仿真和试验结果表明,利用此种方法建立的控制器对磁悬浮列车悬浮系统的干扰抑制作用非常有效。     

用于城市轨道交通车辆永磁同步电机控制的一种新型滑模观测器

针对传统滑模观测器无法满足城市轨道交通车辆永磁同步电机无传感器控制的精度问题,使用了一种新型滑模观测器。通过建立城市轨道交通车辆永磁同步电机数学模型,在采用Sigmoid函数消除抖振的同时,引入反电动势观测器来估算反电动势值,消除了相位滞后;并采用指数趋近律代替传统等速趋近律。仿真和试验结果表明,与传统滑模观测器相比,新型滑模观测器能更好地抑制抖振,具有更好的观测精度和鲁棒性,达到了城市轨道交通车辆用永磁同步电机无传感器技术的控制要求。     

制动工况下未知路面附着特性识别方法

路面附着特性是影响车辆制动性能的重要因素之一,而实际中车辆行驶的路面往往是未知的或非典型的。为了改善车辆在未知路面行驶时的防抱死制动控制性能,提出了一种瞬时车况路面附着特性识别方法。基于行车瞬时采样数据,结合典型路面的附着特性曲线,对未知路面附着特性的几个数据节点进行了估算。最终利用4组附着特性数据节点对未知路面附着特性曲线进行拟合,得到当前未知路面上车轮滑移率与附着系数关系曲线。将识别结果与典型路面Burckhardt轮胎路面模型进行对比,结果表明,该识别算法可利用单个滑移率-附着系数关系对未知路面附着特性曲线进行有效识别。     

基于全维观测器的无速度传感器异步电机控制

提出了一种模型参考自适应观测器，用于异步电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识。该方法将电机矢量控制与模型参考自适应系统（MRAS）相整合，异步电机作为参考模型，而全阶观测器为可调模型，利用两模型输出的误差构造了一个自适应律。理论分析和仿真结果表明，该转速辨识方法具有较强的鲁棒性和令人满意的动静态性能。     

道路表面特性突变对车辆安全性的影响仿真分析

为了探究车辆在经过路面附着系数变化路段时的行驶安全性,基于ADAMS/CAR建立人-车-路仿真系统,仿真模拟车辆在经过路段积水区域与隧道出入口附着系数较低路段的行驶状况,依据车辆动力响应指标,分析车辆在经过附着系数变化路段时的车辆安全性,提出相应的安全驾驶对策。仿真结果显示:在大半径曲线路段,轮胎单侧或交替经过积水区域比经过全段积水区域时可能更安全些,驾驶员应及时向积水相反方向转动方向盘有利于驾驶安全;车辆在减速驶入隧道和加速驶出隧道时,车辆加速度与路面附着系数对车辆安全行驶状态影响较大。因此建议驾驶员在隧道出入口制动与加速不要过快,进入隧道时应该提前减速,出隧道时不要急于加速或者匀速驶出隧道。     

基于反馈通道混合磁链模型观测器的定子磁场定向矢量控制

从理论上分析了定子磁场定向矢量控制的特点，对几种常见的定子磁链观测方法进行了深入地分析和比较，最后设计出一种基于反馈通道的混合磁链模型观测器，给出模型转换点的选取方法。仿真验证该模型对定子、转子电阻的鲁棒性强，模型转换过程磁链、转矩过渡平滑。     

地铁永磁直驱牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真研究

文章以地铁永磁直驱系统为对象,具体阐述了牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真系统的设计与实现过程,首先建立地铁永磁直驱牵引传动系统主电路的“CPU+现场可编程门阵列(FPGA)”模型,将其与车载牵引控制器(TCU)实物进行联合调试仿真,并通过对比仿真结果与地面联调试验数据进行验模,仿真结果与设计目标转矩的相对误差满足±5%的要求;然后联合车辆动力学模型,搭建牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真平台,通过牵引传动模型对车辆动力学模型施加电机转矩,并将车辆运行速度反馈给牵引传动模型,实现牵引传动和动力学的动态协同仿真。结果表明,车辆动力学响应可反映电机转矩脉动的影响,计算结果的频率成分更加丰富,更加符合真实情况,与单学科仿真相比更加具有优势。     

基于滑模观测器的LSLSM位置辨识研究

基于长定子直线同步电机(LSLSM)的磁浮列车在中高速运行时,传统的车载位置传感器无法准确获取电机位置信息,并且位置信息易受到干扰,为此提出基于滑模观测器的位置辨识方法。在分析滑模观测器对定子电阻、d轴电感和q轴电感参数敏感性基础上,采用一种基于q轴电感校正的LSLSM位置辨识方法,可提高位置观测精度和系统可靠性。通过数字仿真和磁浮试验线验证了所提方法的正确性。     

地铁车辆车体侧摆试验及参数灵敏度分析

通过车辆动力学仿真来计算车辆动态限界的方法在我国已被广泛应用。动力学模型是影响车体动态限界计算精度的关键因素,可以通过车体倾摆试验来验证动力学模型。以某地铁列车的拖车和动车为研究对象,建立了车辆非线性动力学仿真模型,开展了车体侧摆试验。通过仿真和试验的相对误差分析,验证了仿真模型的准确性;设计了关键悬挂参数的正交试验,分析了关键悬挂参数对车体侧摆角度灵敏度的影响,以及关键悬挂件非线性对误差的影响。     

永磁同步牵引电机有效磁链观测及转矩控制

建立基于有效磁链的永磁同步牵引电机模型,提出基于有效磁链概念的非奇异终端滑模观测器和精确转矩闭环控制方法。首先,在α-β坐标系中构建龙贝格-滑模自适应滑模观测器,准确估计出定子电阻和q轴电感并作为有效磁链滑模观测器的输入;其次,在α-β坐标系中构建有效磁链非奇异终端滑模观测器,并基于滑模等值控制方法实现了有效磁链观测,进而实现转矩的实时估算,以此和转矩给定值构成精确转矩闭环控制,从而提高轨道交通驱动系统的转矩控制精度,改善了轨道交通控制系统的性能。该方法不仅适用于表贴式永磁同步电机,而且适用于内置式永磁同步电机。仿真结果验证了方法的可行性和有效性。     

一种具有鲁棒性的磁链观测器在异步电机直接转矩控制中的应用

对磁链的准确估计在异步电机直接转矩控制中具有至关重要的作用．针对参数不确定电机模型．利用Lyapunov函数方法，给出了一种基于线性矩阵不等式（LMI）的具有鲁棒性的磁链观测器设计方法．得到了磁链观测器辨识的收敛性条件：相对于基于参数辩识磁链估计方法，其计算量很小．容易满足实时性控制的要求、仿真结果表明．磁链受定转子电月且不确定性变化影响较小．具有较强的鲁捧性．     

基于奇异值分解强跟踪滤波的机车黏着系数估计

提出一种基于奇异值分解的改进强跟踪滤波算法,并将其用于机车黏着系数的在线估计。针对传统的强跟踪滤波算法由于引入了渐消矩阵,在递推更新预测误差方差阵时变成不对称,可能导致滤波发散的现象,研究了基于奇异值分解的更新算法,保证其收敛性。利用改进算法在线估计机车运行过程中的干扰转矩,进而估计黏着系数。仿真试验表明,该方法能有效在线估计机车黏着系数并具有较好的鲁棒性。     

直线电机地铁车辆铝基复合材料制动盘动力学性能分析

利用多体动力学软件建立了直线电机地铁车辆动力学模型,采用Simpack和Simulink联合仿真的方法,考虑实际作用在车辆上的牵引力、制动力和电磁力,以工程实际需要为背景,对比分析了该地铁车辆将铸铁制动盘更换为铝基复合材料制动盘前后,在惰行、牵引、制动工况运行时的电机气隙、电机和轴箱振动以及各项动力学指标。研究结果表明:更换制动盘后对电机和轴箱的振动影响很小;车辆的非线性临界速度略有提高;平稳性和舒适度指标差异很小;更换制动盘前后车辆的轮轴横向力和脱轨系数差异很小;由于更换后的铝基复合材料制动盘质量小,减小了簧下质量,因此轮轨垂向力和轮重减载率有所改善。     

列车系统运行平稳性研究

在车辆动力学模型的基础上,建立由3辆拖车组成的列车动力学模型。建模过程中考虑列车系统中存在的轮轨接触几何关系非线性、轮轨蠕滑率/蠕滑力的非线性、钩缓装置作用力的非线性以及车辆模型一、二系悬挂作用力的非线性等因素。研究车间连接刚度和连接阻尼对列车运行平稳性的影响。仿真结果表明,车间横向连接刚度和横向连接阻尼系数对列车的运行平稳性影响较大,而车间垂向连接刚度和垂向连接阻尼系数对列车的运行平稳性影响很小。在列车中的相邻两车之间安装横向减振器能够有效地提高列车的横向运行平稳性,并能够改善列车的垂向运行平稳性。仿真结果还发现,在转向架悬挂参数相同的情况下,单一车辆的运行平稳性指标大于列车的运行平稳性指标。     

绝对空间中的铁道车辆非线性动力学仿真

从铁道车辆三维可视化建模和仿真要求出发,基于面向对象软件技术,本文叙述了绝对空间中铁道车辆非线性动力学仿真的有关力学原理和计算结构,特别是Hertz理论在空间轮轨弹性碰撞中的完整应用。并用编制的仿真软件VSDS对ManchesterBenchmarks的客车模型进行了曲线通过工况仿真,指出绝对空间中铁道车辆非线性动力学仿真的可行性和实用性。     

高速磁浮车辆通过小半径竖曲线时的动力学响应分析

针对一种无摇枕悬浮架的新型高速磁浮车辆系统,建立了包含非线性空气弹簧模型、电磁悬浮控制模型的磁浮车辆动力学模型,仿真分析了车辆通过半径530m竖曲线时的动力学响应,并与采用线性等效空气弹簧模型的计算结果进行了对比分析。结果表明,采用两种空气弹簧模型的磁浮车辆车体加速度、电磁铁加速度和悬浮间隙变化量等响应差别不大,均能满足车辆动力学预测要求,但空气弹簧伸缩量计算值有明显差别,两者误差达到29%;采用非线性空气弹簧的磁浮车辆动力学响应结果更符合工程实际,可为高速磁浮车辆空气弹簧结构设计与参数选取提供应用参考。