磁浮列车静悬浮车轨耦合振动对比分析

为研究二系悬挂中置与端置的两种三悬浮架低速磁浮列车的车轨耦合振动特性，依据牛顿第二定律建立了其垂向车轨耦合动力学模型. 首先通过动力学方程分别分析了两种磁浮列车车体和悬浮架之间的耦合关系，然后研究了两种磁浮列车悬浮架均存在0.09° 的初始角位移时的动力学特性，最后研究了两种磁浮列车中二系悬挂对悬浮架作功的差异. 研究结果表明:与二系悬挂端置的磁浮列车相比，二系悬挂中置的磁浮列车，车体与悬浮架之间的耦合关系更少；当两种磁浮列车悬浮架均存在0.09° 的初始角位移时，采用二系悬挂中置的磁浮列车与采用二系悬挂端置的磁浮列车相比，前者具有更小的车体位移、车体垂向振动加速度、轨道梁振动位移和悬浮间隙波动；以上4个参数前者最大值分别为0.005 mm、0.004 m/s2、0.004 mm和0.005 mm；而后者最大值分别为0.023 mm、0.02 m/s2、0.021 mm和0.02 mm；与二系悬挂端置的磁浮列车相比，二系悬挂中置的磁浮列车，其二系空气弹簧对悬浮架作功更小，仅为前者的50%.      

中低速磁浮车辆研究综述

基于电磁悬浮型中低速磁浮列车的工作原理,阐述了中低速磁浮各核心子系统(悬浮导向系统、牵引电机、走行机构、制动系统、轨道-桥梁结构等)的技术特征,综合分析了各子系统存在的技术问题和解决方案;梳理了日本Linimo列车、韩国EcoBee列车、长沙磁浮快线、北京磁浮S1线和西南交通大学自主研发的(悬挂)中置式磁浮列车的发展历程及技术特点,总结了中低速磁浮列车的技术重点和难点。研究结果表明:车-轨耦合振动应综合考虑悬浮控制、车辆结构参数、桥梁结构参数、空气动力效应、直线电机等因素的影响,建立完备的车-轨耦合振动研究模型;悬浮冗余匮乏可综合利用机械冗余和电气冗余的技术特点,对中低速磁浮的冗余设计方案进行改进;磁浮靴轨受流应与地铁靴轨受流区分,充分考虑磁浮列车的耦合作用特性,探索无缝供电轨技术在中低速磁浮中的工程实用性;悬浮控制由于控制器主频较低,程序运行周期过长,应提高控制算法和悬浮系统故障诊断技术的精确性和稳定性;车辆轻量化设计应在保证结构强度的基础上,综合考虑车体、走行机构等多因素的结构特点,以提高中低速磁浮列车运载能力;应综合不同磁浮线路要求,建立统一的线路标准,提高中低速磁浮工程化应用能力。      

EMS型磁浮列车悬浮力分析

悬浮系统是磁浮列车的重要组成部分,其性能将直接影响车辆的性能。悬浮力是线路桥梁设计和车辆线路动力学分析的基础。根据EMS型磁浮列车的特点,给出了悬浮系统的数学模型,分析了悬浮力的大小及其动态特性。     

磁浮列车明线交会横向振动分析

为了研究气动力对磁浮列车运行稳定性的影响,以上海磁浮列车为研究对象,采用动网格技术,通过求解三维可压缩非定常N—S方程对磁悬浮列车在相对速度860km／h交会时的气动力进行数值模拟;同时将车体、悬浮架作为弹性体,悬挂系统作为弹簧一阻尼单元,建立了详细的系统动力学模型,对考虑列车交会瞬态压力冲击作用下的高速磁浮列车进行了横向振动分析。计算结果表明,流场数值计算出的最大压力波幅值与实车试验结果两者差距小于6％;仅考虑轨道不平顺时,磁浮列车的横向振动较小,而在考虑磁浮列车高速运行时产生的交会压力波的情况下,车体却产生了较大的横向振动,底架最大横向加速度达1．5m／s^2,经过二系悬挂的缓冲作用后振动明显减小,悬浮架最大横向振动加速度约为0．7m／s^2。     

低速磁浮列车二系悬挂动力学分析

分析了低速磁浮列车结构及其运动学关系,利用多刚体动力学建模方法,建立了低速磁浮列车的动力学模型,分析了曲线通过时二系悬挂各构件的运动情况,阐述了平行四边形机构在曲线通过中的重要作用.仿真结果表明:二系悬挂系的平行四边形机构把横向力较平均地分配到各个模块上,使得各个模块沿着曲线达到合理分布;平行四边形机构减小了空气弹簧的横向力及纵向力,减小了模块的摇头角,有利于曲线通过与导向;运行速度对滑台横移量有一定影响,而轨道曲线半径是影响滑台滑动横移量的主要因素.     

单磁铁悬浮系统自激振动的稳定性分析及抑制

为了研究EMS型磁浮列车起浮后与轨道相互耦合发生的自激振动对车辆安全性、舒适性造成的影响,建立了单磁铁悬浮系统的车体-悬浮架-轨道的动力学模型.分析了车-轨系统的稳定性及悬浮控制器和系统各主要参数对振动的影响,提出了系统各参数和稳定性关系的表达式,讨论了运用瞬时最优控制算法抑制车-轨自激振动的具体方法.数值仿真了在3组不同系统参数条件下瞬时最优控制对于自激振动的抑制效果.研究结果表明:车辆结构、悬浮控制器、轨道各主要参数在车-轨自激振动中相互影响;当仿真系统起浮10 s时,悬浮气隙振幅分别减少了59%、62%、5%,轨道振幅分别减少48%、94%、73%,表明了控制方法的有效性.      

中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统动力性能试验

为探究中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统的振动特性,对其在上海临港中低速磁浮试验基地开展了现场动力学试验,研究了车速和桥梁结构形式对耦合系统动力响应的影响;试验车辆采用(悬挂)中置式悬浮架,试验桥梁为25 m混凝土简支梁和25 m钢结构简支梁;为明确2种桥梁的固有振动特性,对其进行了模态测试;提取了不同工况下车辆-桥梁耦合系...     

高速磁浮悬浮架柔性特征对曲线通过性能的影响

为研究高速磁浮悬浮架小曲线通过动力学性能,考虑高速磁浮悬浮架柔性振动,建立悬浮架有限元模型,并计算其弹性模态,建立高速磁浮整车车辆动力学模型;应用同济大学磁浮试验线线路条件、试验速度曲线及拟合的轨道不平顺,分析了悬浮架柔性振动对悬浮、导向电磁铁间隙、电磁力的影响;同时,建立了刚性悬浮架动力学模型与之对比. 研究结果表明:R400小曲线通过时,电磁铁动力学性能受悬浮架柔性振动的影响较大,两种模型的导向力相差约12.5 kN,悬浮力相差约6.0 kN;通过试验仿真比较,考虑悬浮架柔性的计算结果更接近于实测结果;悬浮架垂向和横向振动的主频分别为10.4 Hz和13.2 Hz,分别与前后悬浮框相对点头、反相摇头模态频率相近;在研究控制参数优化、悬挂参数优化、运行稳定性等高速磁浮关键问题时应考虑悬浮架的柔性振动.      

常导磁悬浮铁路磁轨关系研究

磁浮车辆与轨道梁相互作用不同于轮轨列车在于电磁悬浮取代了轮轨关系，磁轨关系是磁浮系统动力学研究的关键．通过对有源主动控制的电磁悬浮力特性研究，探讨了电磁作用的基本规律，为线性化磁轨关系提供了理论依据，并通过动力学数值模拟表明这种处理具有足够的精度，为开展磁浮车辆与结构动力相互作用研究提供了基础．     

基于误差交叉耦合的多电磁铁悬浮系统滑模协同控制

针对磁浮列车传统的单点悬浮控制方法没有考虑多电磁铁间的协调同步问题,将多电磁铁的跟踪误差交叉耦合来设计高精度的协同控制方法,在减少了多点悬浮系统的跟踪误差和同步误差的同时,提高了系统抗干扰能力. 首先,通过动力学分析了考虑未知扰动的4个电磁铁（2个控制模块）悬浮系统的动力学特征;其次,针对系统中的未知扰动,引入干扰观测器来估计扰动并进行扰动补偿;然后,考虑到相邻电磁铁控制模块之间存在耦合动力学特性,设计一种误差交叉耦合的滑模协同控制器;最后,在不作任何线性化处理的前提下,证明了闭环系统的渐近稳定性. 研究结果表明:通过多电磁铁的悬浮架实验证明所提方法可以考虑补偿电磁铁模块之间的协调关系,抑制扰动的影响,减小间隙跟踪误差达40%,显著减少了电磁铁之间的耦合扰动作用.      

城市轨道交通系统

轨道交通工具：地铁列车（在地铁中使用的电动客运列车）、轻轨列车（在轻轨交通中使用的电动客运列车）、单轨列车（在单轨交通中使用的电动客运列车）、跨坐式单轨列车（在跨坐式单轨上使用的电动客运列车）、悬挂式单轨列车（在悬挂式单轨上使用的电动客运列车）、磁浮列车（在磁浮交通中使用的电动客运列车）。     

考虑电流振铃特性的悬浮电磁铁等效电路模型

电磁悬浮型（electromagnetic suspension,EMS）磁浮列车通过悬浮斩波器调节悬浮电磁铁电流,进而控制悬浮力,使车体稳定悬浮. 悬浮斩波器驱动悬浮电磁铁过程中所产生的电流振铃会增加开关损耗,造成电磁干扰（electromagnetic interference,EMI）,甚至影响悬浮控制效果. 研究悬浮电磁铁电流振铃的产生机理,能为其抑制措施的设计予以指导. 为此,提出了一种考虑电流振铃特性的悬浮电磁铁等效电路模型. 首先,用策动点函数法推导了悬浮电磁铁导抗函数的一般形式,并结合悬浮电磁铁电流的单位阶跃响应特性确定了其导抗函数的最简表达式以及对应的等效电路模型;接着,用判别式法和仿真法分析了不同电路参数对电流振铃特性的影响;最后,比较了同一悬浮电磁铁电流振铃的仿真和实验波形. 结果表明:在所给参数条件下,实验所得悬浮电磁铁电流纹波幅值、振铃峰峰值和振铃频率分别比仿真结果小9.7%、20%和11%;此外,仿真的电流振铃衰减时间约为1 μs,与实验结果接近;仿真和实验所得悬浮电磁铁电流振铃的幅值、频率和衰减特性均能较好吻合,证明了所提电路模型的正确性.      

电动磁浮列车用直线谐波发电机发电特性计算

为研究高速磁悬浮车辆直线谐波发电机的发电特性，首先，基于空间谐波法，提出超导线圈的磁动势分布模型，并推导超导线圈在三维空间内磁感应强度分布公式；其次，基于悬浮线圈与超导线圈间的电磁耦合关系，计算悬浮线圈电流的感应磁场，分析得知悬浮线圈五次谐波磁场用于感应集电；然后，将悬浮线圈五次谐波磁场作为集电线圈的激励，推导集电线圈感应电动势的解析式；最后，以日本山梨线MLX01型磁浮列车为工程背景，利用数值解析值、有限元仿真和日本山梨线实测数据进行了对比分析.研究结果表明：超导线圈磁感应强度、感应电动势和集电功率的解析值与有限元仿真、实测数据的相对误差均在10%以内，验证了磁动势分布模型和解析模型的有效性；列车速度大于100 km/h时，悬浮线圈电流及其感应磁场趋于饱和；集电线圈感应电动势与列车运行速度近似呈线性关系，集电功率与速度呈二次非线性关系；列车速度500 km/h时，集电功率为43.3 kW；列车速度在380 km/h时达到25.0 kW的目标集电功率，保证了磁悬浮车辆车载供电的可靠性.     

提速架悬机车动力学性能的改进

为了改善提速机车高速运行时的横向动力学性能,通过分析我国主型2C0提速架悬机车的牵引电机悬挂方案,对分别采用刚性架悬和弹性架悬方案时机车的横向稳定性、平稳性、轮轴横向力、轮重动态变化等进行了比较研究.结果表明,采用弹性架悬方案时,机车各项直线高速运行指标均有所改善,且机车的动力学性能对悬挂参数的敏感性减弱,因而有利于机车在长期运行中保持稳定的动力学性能.     

磁悬浮列车发展现状与展望

作为新型轨道交通技术的典型代表，磁悬浮交通具有无机械接触磨损、运行速度高、安全可靠、环境友好等优点，经过60年的发展，正逐渐走向成熟. 本文首先对国内外磁悬浮列车的发展历史作了简要回顾；然后，从结构原理、核心技术和应用场景等方面对永磁悬浮、电磁悬浮、电动悬浮和超导钉扎悬浮4大类磁悬浮交通系统进行了详细介绍，对其悬浮特点、悬浮间隙、磁力计算、驱动技术与技术成熟度等进行了阐述，并指出发展时速600公里级高速磁浮列车亟须解决的试验平台搭建、电机控制策略、紧急制动、线路维护、无线传能、无线通信、气动噪声、磁浮道岔等8个关键问题；最后，对超高速真空管道磁悬浮交通系统的研究进展以及需要研究的课题进行了探讨与展望.      

基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统参数整定

为了解决由于磁浮列车悬浮系统模型存在复杂非线性所带来的控制器参数整定难题,考虑仅依靠悬浮系统单次悬浮调试的输入输出数据来实现控制器参数整定,研究了基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统快速参数整定方法. 首先,通过磁浮列车悬浮系统的建模分析了悬浮系统的开环不稳定性和复杂非线性;其次,针对虚拟参考反馈参数整定方法存在的参考模型确定问题,利用估计闭环响应方法来实现数据驱动的控制器参数整定;并且考虑到数据中存在的干扰噪声会影响控制器参数整定,提出了基于信号投影的磁悬浮系统数据噪声抑制方法;最后,以单铁磁悬浮系统为研究对象,通过单铁悬浮实验验证了本文提出的基于数据驱动的磁浮列车悬浮系统参数整定方法的有效性. 研究结果表明:悬浮系统的开环不稳定性和复杂非线性会给参数的快速整定带来较大困难;基于信号投影的噪声抑制方法能够将带噪声数据的方差降低54.1%;基于数据驱动的参数整定方法能够快速地整定好悬浮系统控制器参数,经参数整定后的系统相较于初始条件下只粗调好的PID反馈控制系统的阶跃响应超调量下降72.0%,平方误差积分 （ISE）下降79.8%,绝对误差积分 （IAE）下降54.5%.      

磁浮列车单铁悬浮车桥耦合振动分析

为研究单铁悬浮车桥耦合振动,将悬浮控制系统、车辆结构、弹性轨道梁及桥梁安装系统作为整体系统,建立整体系统的磁浮列车的悬浮控制-弹性桥梁-机械结构垂向耦合振动模型,以不同频率的外力激扰模拟磁浮列车不同的速度下对桥梁的作用,分析了不同梁型在整体系统耦合条件下的跨中挠度与振动加速度的变化。研究结果表明:单铁悬浮稳定后,简支梁跨中挠度约为两跨连续梁悬浮处挠度的2.5倍;以200km.h-1车速通过桥梁时其挠度略小于400km.h-1车速通过工况,但前者再次达到稳定状态所需时间约为后者的1/3;车辆以相同速度通过桥梁时,连续梁悬浮处跨中挠度约为简支梁的40%,且前者振动加速度小于后者;仿真过程中桥梁安装临界刚度范围为(5.5～6.5)×107 N.m-1;两跨连续梁动力学性能较简支梁更为优秀。     

磁浮列车车辆—轨道耦合振动及悬挂参数研究

基于磁浮列车车辆－轨道耦合振动模型,建立了动力学方程,利用编制的仿真程序对车辆轨道的耦合动进行仿真分析,对于悬挂参数特别是模块侧滚约束参数的影响进行定量研究,确定了悬挂参数的取值范围,并据此对青城山磁浮试验车的悬挂参数和设计提供出了建议。     

桥梁柔性对中低速磁浮车辆平曲线通过的影响

为研究桥梁柔性对中低速磁浮车辆在曲线半径为70.0 m的平曲线上运行时的动态响应影响,对通过柔性桥梁和刚性轨道时的车辆动态响应开展了对比分析. 首先,建立了122个自由度的车辆空间动力学模型,模型中考虑了具有主动悬浮与被动导向特性的二维磁轨关系;其次,利用三维铁木辛柯梁参数化建模方法,建立了由柔性桥梁组成的平曲线有限元模型;最后,通过悬浮力的联系形成了车辆-曲线桥梁系统刚柔耦合动力学模型. 研究结果表明:17.0 m跨径的圆曲线桥梁的自振特性和动位移响应满足相关标准要求;与车辆通过刚性轨道相比,柔性桥梁作用下的车辆系统动态响应更为剧烈,这种差异在车辆系统的横向动态响应上体现明显,而悬浮间隙和车体垂向加速度的响应差异较小,考虑刚性轨道时将高估车辆的曲线通过能力;柔性桥梁和刚性轨道两种模型计算得到的电磁铁最大横向位移不超过6.0 mm,悬浮间隙可在额定值的 ± 4.0 mm内波动,表明在开展对比计算的工况下车辆具有良好的曲线通过性能.      

磁浮列车车辆轨道耦合振动及悬挂参数研究

基于磁浮列车车辆轨道耦合振动模型,建立了动力学方程,利用编制的仿真程序对车辆轨道的耦合振动进行仿真分析,对于悬挂参数特别是模块侧滚约束参数的影响进行定量研究,确定了悬挂参数的取值范围,并据此对青城山磁浮试验车的悬挂参数设计提出了建议。