斜拉桥减震控制算法研究

研究目的:以一座大跨漂浮体系斜拉桥为实例,建立有限元模型进行斜拉桥地震反应半主动控制、主动控制和被动控制计算分析.探讨不同减震控制算法对斜拉桥地震反应控制效果的影响,为实际工程中的斜拉桥减震提出理论上的建议.研究结论:各种减震控制方法并不能使桥梁全部地震反应都能得到控制,而是使得桥梁大部分地震反应减小,同时却放大塔底剪力等另外部分地震反应;8种减震控制算法中,最大阻尼力被动控制算法的减震效果相对最好,半主动界限Hrovat控制算法、主动控制和被动控制没有出现加速度放大效应,而其它半主动控制算法会产生不同程度的加速度放大效应.     

磁流变阻尼器对建筑结构地震响应半主动控制分析

研究目的:地震时建筑结构的大幅震动已为世人关注。国外学者将磁流变(MR)阻尼器应用到土木结构震动控制上,效果较好。为扩大其在实际工程中的应用,进一步对磁流变阻尼器对建筑结构地震响应进行了理论分析和试验。研究方法:本文首先通过磁流变阻尼器的构件参数(如:活塞的有效长度、缸体的内径、活塞直径、流体的粘度系数等)、输入电流及阻尼器活塞相对于缸体简谐运动频率的改变,分析了各参数对阻尼特性的影响,这将为设计阻尼特性较好的磁流变阻尼器提供理论依据。然后采用了磁流变(MR)阻尼器的修正Bouc-Wen模型及剪切型最优控制(Clipped-Optimal Control)算法对建筑结构地震响应进行了半主动控制分析研究,并且与结构被动控制的效果进行了对比。研究结论:在EI-centro地震激励作用下,被动控制和半主动控制对结构地震响应的水平位移与速度产生了不同的控制效果;对结构的位移及速度的控制效果,MR半主动控制均明显地优于被动控制。     

大跨斜拉桥减震控制分析

研究目的：对设置阻尼器的斜拉桥进行地震反应数值模拟，为半主动控制和被动控制在大跨斜拉桥减震中的应用提供理论指导。研究方法：以一座大跨斜拉桥为实例，通过建立其有限元模型计算分析主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果，并分析地震行波效应对斜拉桥地震反应的影响。研究结论：半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果，但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大；不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果；行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响，但对桥塔抗震有利，并且对3种控制方法减震效果的不利影响很小。     

粘滞阻尼系数对磁流变悬架影响分析

建立了汽车磁流变半主动悬架1/4车辆模型的基础上,采用模糊控制策略,对半主动悬架进行模糊控制仿真。粘滞阻尼系数是磁流变阻尼器的重要参数之一,为研究其对悬架性能的影响,在Simulink环境下采用多次对粘滞阻尼系数赋值的方法,分别对半主动悬架簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的均方根值进行了仿真计算,得到了粘滞阻尼系数对悬架性能的影响曲线。结果表明:调节粘滞阻尼系数可使簧载质量加速度均方根值达到最小值;增大粘滞阻尼系数可使悬架动行程和轮胎动载荷减小。粘滞阻尼系数为定值时对半主动悬架和被动悬架进行了仿真对比。     

高速动车组半主动悬挂系统几种控制策略对比仿真分析

为了克服数学模型不能反映列车运行的真实情况,利用Adams/rail建立基于磁流变阻尼器的高速动车组8车模型,提出了基于一般模糊控制的量化因子、比例因子的参数自适应模糊控制策略。通过Matlab/Simulink环境中对高速动车组模型与被动控制和简单开关半主动控制、一般模糊控制、参数自适应模糊控制策略进行联合仿真分析。结果表明,一般模糊控制和参数自适应模糊控制比简单开关半主动控制控制品质好,参数自适应模糊控制控制效果最佳;半主动控制策略在降低车体横向加速度,脱轨系数和轮重减载率方面,明显优于被动控制。在提高列车运行平稳性,乘客乘坐舒适度和运行安全性方面显出优势。     

磁流变阻尼器半主动控制研究综述

研究目的:磁流变阻尼器(M agnetorheological Damper,简称MR阻尼器)是一种高性能和智能化的减振装置。本文为了让相关人员了解有关磁流变阻尼器的研究动态。研究方法:本文介绍了MR阻尼器的半主动控制技术的研究现状,综述了磁流变流体特点、磁流变阻尼器的力学模型、半主动控制策略等。研究结果:磁流变阻尼器能够提供可以调节的阻尼力,也是一种比较理想的半主动控制装置。可在工程应用方面获得发展。     

基于MR阻尼器的智能复合隔震系统的半主动控制

将磁流变液(MR)智能阻尼器并联于传统的被动隔震装置上形成智能复合隔震系统,并采用半主动控制策略对该系统实施智能控制。通过对一栋三层的振动台试验模型的仿真分析表明:在不影响隔震效果的同时大大的减小了隔震层的相对位移;半主动控制策略能有效控制智能复合隔震系统。     

基于MR阻尼器的大跨斜拉桥碰撞效应减震控制

研究目的:漂浮体系大跨度斜拉桥纵向约束较弱,在地震作用下其梁端会产生较大纵向位移,引起碰撞,因此需采取合适的控制措施。本文以一座大跨度公铁两用双塔斜拉桥主引桥为工程背景,针对地震作用下主引桥的碰撞问题,将MR阻尼器引入该桥,通过SIMULINK建模,采取被动、半主动和智能模糊控制等不同的控制措施,研究MR阻尼器在该斜拉桥主引桥碰撞问题中的减震控制效果,以探究最佳控制方案。研究结论:(1)通过将七种控制策略分别与无控下结构的纵向位移响应相对比,可发现半主动控制与被动控制减震效果相接近,模糊逻辑控制效果最佳;(2)从碰撞力响应可看出,七种控制策略均能使主引桥之间的碰撞次数及碰撞力峰值减小,其中半主动控制与模糊逻辑控制的减震效果要优于被动控制;(3)从阻尼器耗能可看出,模糊控制的能量输入要远远小于被动控制和半主动控制;(4)本研究结论可供类似桥梁的主引桥碰撞控制参考和借鉴。     

设置AMD的铁路钢桥鲁棒控制研究

对设置主动质量阻尼器(AMD)的铁路钢桥在列车荷载通过时振动响应的鲁棒控制方法进行研究。建立设置AMD系统的铁路钢桥在列车荷载作用下的受控状态方程以及鲁棒控制方法,并以某铁路钢桥为工程背景,建立该铁路钢桁架桥梁的整体壳体模型以及下弦节点实体子模型,对装置AMD系统的铁路钢桥在不同车速荷载作用下使用不受控制、LQR主动控制算法和鲁棒控制算法下其位移振动响应的控制效果进行对比,并初步分析节点最大正应变的鲁棒控制效果。研究结果表明:对于设置AMD且承受不同车速荷载的铁路钢桥在使用鲁棒控制算法时,其位移响应和节点最大正应变的控制效果明显优于LQR主动控制。     

宁夏永宁黄河公路大桥斜拉索减振方案研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,但极易受风致振动及内参数振动,影响整桥的使用寿命。本文以宁夏永宁黄河公路大桥为背景,提出采用拉索外置阻尼器、气动措施并用的综合减振方法来控制其振动,经分析采用具有半主动控制的永磁调节式磁流变阻尼器来增加附件阻尼,提高拉索振动对数衰减率,有效减小拉索在3 Hz以下的大幅振动,确保桥梁安全运营。     

高速列车二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂系统的研究

基于天棚阻尼控制原理的阻尼连续可调式半主动悬挂系统由4套阻尼连续可调式半主动减振器、2个两轴加速度传感度和1套检测、控制及故障诊断系统等组成。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM,建立某型高速列车的虚拟样机模型(包括二系横向被动状态和二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂状态),分析高速列车二系横向采用阻尼连续可调式半主动悬挂对改善车体横向振动性能的效果,从而确定天棚阻尼系数取150kN·s·m-1比较合适。为了开展阻尼连续可调式半主动悬挂系统样机的台架性能试验,采用软件UM建立了样机的简化试验台架仿真模型。5个试验工况下的台架性能试验结果表明:与被动悬挂相比,半主动悬挂下的车体加速度均方根值改善了19.8%～37.8%,车辆运行平稳性指标改善了8.1%～15.0%,说明高速列车二系横向采用阻尼连续可调式半主动悬挂系统可以实时切断加速车体横向振动的阻尼力和实时提供衰减车体横向振动所需要的阻尼力,从而提高高速列车的横向运行平稳性。     

基于MATLAB软件的动车组转向架悬挂系统半主动控制仿真分析

基于CRH2高速动车组转向架悬挂系统结构,对列车垂直、水平两个方向建立动力学模型。利用模糊控制理论,对影响车辆运行平稳性的沉浮、点头、横移、侧滚及摇头等刚体振动进行控制策略分析。根据半主动控制系统的特性要求,提出采用磁流变阻尼替换原有油液阻尼,达到降低车体各个方向的振动加速度从而提升车体稳定性的目的。以中国干线铁路轨道功率谱密度为轨面激励发生基础,联合MATLAB软件中的Simulink模块进行整车性能仿真研究。仿真结果显示,该半主动控制悬挂系统能够较好地抑制两个方向的5种振动模式,对于改善车辆运行平稳性、降低转向架所受冲击力有良好的作用,在设计上可使用半主动控制的磁流变悬挂系统代替传统铁道车辆被动悬挂控制。     

基于开关阻尼控制的铁道客车系统的动力学性能研究

建立具有23个自由度的铁道客车系统非线性数学模型。在客车二系悬挂系统中采用具有开关阻尼控制的横向半主动减振器,并考虑半主动悬挂系统的时滞。分析被动悬挂和具有开关阻尼控制的半主动悬挂客车在直线轨道上的蛇行运动稳定性和随机振动响应。研究半主动减振器的阻尼参数和半主动悬挂系统的时滞对客车系统临界速度和随机响应的影响。计算表明,尽管半主动悬挂使客车系统的临界速度低于被动悬挂,构架的横向加速度和轮轨横向力也要大于被动悬挂,但它能够大大减小车体的横向振动加速度,改善旅客的乘坐舒适性。     

车辆-轨道-桥梁系统竖向运动方程的建立

视车辆、轨道和桥梁为整个系统,将车辆模拟为由弹簧和阻尼器连接的多刚体,钢轨和桥梁均模拟为Bernoulli Euler梁,钢轨和桥梁之间的钢轨基础用连续的弹簧和阻尼器模拟。应用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则,建立了4轴双层悬挂系统车辆的车辆 轨道 桥梁单元和系统的竖向运动方程。与传统的方法(分别建立车辆运动方程,轨道和桥梁运动方程,这两种方程通过轮轨相互作用力耦合)相比,该方法能直接得到车辆 轨道 桥梁单元和系统的运动方程。举例说明了轨道表面不平顺对车辆、钢轨、桥梁以及车辆与钢轨之间接触力的动力响应的影响。     

基于加速度阻尼控制的半主动悬挂研究

半主动悬挂是改善铁道车辆振动、提高乘坐舒适度的有效对策。但由于铁道车辆的特殊性和复杂性,车辆动力学系统的精确数学模型很难获得,这限制了现代控制理论在实用化半主动悬挂中的应用;而天棚阻尼控制所需车体的绝对速度很难测量,若采用测得车体加速度积分得到车体绝对速度的方法,其传感器的误差和系统噪声会导致车体绝对速度产生误差,从而影响减振效果。基于上述原因,本文提出加速度阻尼控制方法,即采用与车体加速度成正比的振动衰减力来抑制车体振动,并对加速度阻尼控制方法稳定性进行理论分析和仿真研究。仿真结果证明:与被动悬挂相比,车体振动加速度有效值和最大值在各速度级分别减少了55%~63%和53%~66%,Sperling乘坐指数也得到明显改善;且加速度阻尼控制具有很好的鲁棒性和适应性。可见该方法能有效地提高铁道车辆的平稳性和乘坐舒适性。     

半主动悬挂系统动力学性能仿真分析

以配装SW—200型转向架的动力学试验车为研究对象,对二系横向阻尼采用天棚半主动悬挂和开关半主动悬挂2种控制模式下的车辆动力学性能进行仿真计算分析。结果表明:半主动悬挂控制模式下的车辆蛇行失稳临界速度比采用被动悬挂控制模式时虽有所下降,但仍能满足运用要求。与被动悬挂控制模式相比,在直线上运行时,天棚半主动悬挂和开关半主动悬挂控制模式下的车体横向平稳性指标分别改善13%～18%和8%～16%,而且车辆运行速度越高,半主动悬挂控制模式对车体振动的控制效果越好;在曲线上运行时,半主动悬挂模式对车体横向振动仍有良好的控制作用;与开关半主动模式相比,系统时滞对天棚半主动悬挂模式控制车体振动的效果影响较大。     

天兴洲公铁分建40 m简支梁桥客运线上高速列车脱轨控制研究

基于高速列车-桥梁时变系统空间振动分析模型,采用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立此系统空间振动方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,对天兴洲公铁分建40 m简支梁桥客运线上高速列车在设计车速以内是否脱轨及在不脱轨条件下高速列车走行舒适性进行分析。研究结果表明:该桥上高速列车在300km/h车速以内运行时不会脱轨;高速列车走行舒适性均在良好标准以上;该桥竖向振动加速度满足要求。