机车车辆半主动悬挂控制的计算机仿真

半主动悬挂是当前高速机车车辆研究的热点课题之一，机车车辆半主动悬挂控制的计算机仿真方法研究为半主动悬挂系统研制提供了计算机仿真的平台和手段。本文提出和实现了ADAMS／RAIL和MATLAB联合使用的仿真方法，并用一个示例证明了其可行性。     

重载机车横向振动自适应模糊控制技术

针对重载机车横向二系半主动悬挂系统,研究基于加速度反馈的自适应模糊控制技术。根据车体加速度及其变化率的大小,自动修改量化因子和控制规则,使模糊控制器对重载机车运行工况的变化具有自适应的能力。通过MATLAB软件与ADAMS/RAIL软件联合建立了由17个自由度组成的重载机车横向振动动力学模型,并进行仿真研究。仿真结果表明:在重载机车不同运行速度下,与被动控制相比,自适应模糊半主动控制的加速度最大值改善率、加速度有效值减少率和Sperling乘坐指数提高率分别为55%~64%,55%~77%和16%~35%。由此表明,自适应模糊半主动控制能够有效减少车体振动,提高机车的乘坐舒适性和平稳性。     

铁道车辆横向主动悬挂的H∞控制

研究铁道车辆横向主动悬挂采用H∞控制方案的振动控制效果。建立考虑车体横移、摇头、侧滚以及转向架横移的铁道车辆横向主动悬挂的控制模型。以该模型为基础,利用MATLAB软件设计铁道车辆横向主动悬挂的H∞控制器。为了验证设计得到的H∞控制器的控制效果,采用ADAMS/Rail多体动力学软件建立整车模型,与MATLAB软件进行联合仿真,比较被动悬挂、Skyhook主动悬挂、H∞主动悬挂3种情况下的仿真结果。结果表明,车辆横向主动悬挂采用H∞控制器后振动控制效果明显,有很强的鲁棒性,可以将车体横向加速度的低频部分减小2倍以上,且不会增加车体横向加速度的高频部分。     

高速列车开关式横向半主动悬挂系统的理论与实践

阐述了半主动悬挂系统的原理,介绍了基于天棚控制原理的开关式横向半主动悬挂系统的研制过程。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM分析了车辆系统采用半主动悬挂改善车体振动性能的结果,确定了半主动悬挂系统的时滞范围和车辆过曲线时车体离心加速度的滤波频率范围。针对样机进行了简化的台架试验。仿真计算和台架试验结果均表明,采用开关式半主动悬挂系统可以有效地维持和断开减振器所提供的阻尼力,从而提高横向运行平稳性指标。     

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。     

基于LQR的半主动悬挂机车车辆控制策略的研究

指出现有的天棚阻尼半主动悬挂控制策略应用于铁道机车车辆领域中，在有效改善车体平稳性的同时，转向架和轮对的动力学性能变差。针对此现状，本文建立了铁道机车车辆1／4车体、二自由度的横向半主动悬挂模型，基于线性二次型最优控制器原理，综合考虑其性能指标，对车辆悬挂系统的半主动控制策略进行了改进研究，同时对改进后的控制策略的控制效果进行了仿真。仿真结果表明，经过改进后的半主动悬挂控制策略，在提高车辆平稳性的同时，转向架构架和轮对的动力学性能基本上保持不变，从而改善了整车的动力学性能。     

高速列车横向悬挂主动、半主动控制技术的研究

针对铁路机车车辆横向悬挂系统存在的振动问题,提出了一种基于力和加速度反馈的旨在抑制振动的主动、半主动控制方案。介绍了主动、半主动控制原理,相应的执行机构和控制器的构成,整车试验的试验方法和部分试验结果。试验表明:采用主动、半主动控制技术以后,机车车辆的运行平稳性指标得到了较大的提高,列车的运行品质得到了明显改善。     

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。     

铁道车辆横向半主动悬挂系统仿真

运用ADAMS软件建立车辆动力学模型,进行动力学仿真运算。将由此得到的仿真结果传给MAT LAB软件,由MATLAB软件编写开关控制算法,计算出横向最优阻尼并将其值传给车辆模型。通过改变车辆模型中的横向阻尼值再次进行仿真运算,将运算结果再次传给MATLAB软件。如此相互调用,循环计算,从而找出最佳匹配阻尼值。在DSP硬件平台上编写横向半主动控制算法,使逐步寻优和开关控制相结合,以实现最优阻尼的开关控制。经使用标准信号和实车随机信号对算法进行仿真验证表明,这种控制算法简单可靠,能够实现对车辆横向的半主动控制策略。     

铁路机车车辆半主动控制减振器的理论研究和产品研制

对铁道机车车辆半主动控制减振器进行了理论研究和产品研制,完成了半主动控制减振器的理论分析、仿真计算、作动器研制、示功图和阻尼特性试验、控制策略的研究、控制器软硬件的研制等工作.试验室、环行线和铁路正线装车试验结果表明,初步研制成功的半主动控制减振器可以比较有效地改善提速机车车辆的动力学性能.     

铁道车辆空气弹簧系统最优控制策略及方法研究

铁道机车车辆动力学性能的运行稳定性、平稳性和曲线通过性能是由机车车辆悬挂系统参数和轨道系统参数所决定的。改善机车车辆的运行品质有两条途径:一是提高线路等级;二是合理设计机车车辆的悬挂参数。对新修线路来说,提高线路等级会使造价增加,对于大部分既有线路来说,轨道参数是一定的,要保证机车车辆的运行品质,在很大程度上取决于机车车辆悬挂系统参数的优化选择。半主动控制是近年来机车车辆研究领域发展起来的一门新技术。本文首先介绍了最优控制的基本原理,然后运用半主动控制技术对空气弹簧进行分析,提出了一套以调节空气弹簧阻尼为目的的最优控制方案,并且运用计算机软件SIMULINK对半主动控制空气弹簧悬挂系统进行了计算机仿真。研究结果表明,运用半主动控制技术可以得到更佳的空气弹簧悬挂参数,进而提高车辆的运行平稳性。     

采用MATLAB的车辆悬挂半主动控制的仿真研究

对将MATLAB用于车辆悬挂半主动控制系统仿真的建模方法、非线性处理等环节进行了研究，以横向模型的平稳性仿真计算为例，说明了采用MATLAB对半主动控制进行仿真计算的简例有效性。     

半主动悬挂机车平稳性和曲线通过动力学性能仿真研究

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件分别建立二系横向和垂向半主动悬挂机车模型,分析比较了横向、垂向半主动悬挂和被动悬挂的平稳性,以及300 m曲线半径通过时的动力学性能,得出采用半主动悬挂方式可有效地提高机车的平稳性．但同时会使轮对动力学性能恶化。因此有必要对构架结构参数和悬挂系统参数作进一步优化和研究。     

基于PID半主动悬挂摆式客车平稳性研究

利用动力学软件SIMPACK建立了具有二系横向和垂向半主动悬挂自导向式摆式客车动力学模型.介绍了PID半主动控制原理和控制策略,阐述了摆式客车模型建立方法.将半主动悬挂与被动悬挂在平稳性上进行对比分析,分析主要包括车体横向加速度、平稳性指标、横向振动幅频特性、前后摆枕和前后构架加速度均方根值、轮轨横向力.分析结果表明,采用PID半主动悬挂装置能有效的提高摆式客车的运行平稳性,同时也给摆枕、构架和轮对的动力学性能带来了负面影响,但其效应较小.综合考虑,能突显此控制方式的优越性,对进一步改善摆式客车运行品质具有重要的工程意义.     

铁道车辆主动悬挂随机最优控制研究

研究了铁道车辆二系横向悬挂安装振动主动控制装置，即主动悬挂时的动力学性能。介绍了设计控制规律的计算方法，并应用随机最优控制理论建立了一个两个自由度的车辆模型，求解了主动悬挂的最优控制规律，在时域进行了仿真分析。研究结果表明，主动悬挂可大大提高车辆动力学性能。     

高速动车组半主动悬挂系统的研究

对高速动车组半主动悬挂系统进行研究,完成了半主动悬挂系统的理论分析、系统设计、控制策略设计、半主动减振器和控制器工程化样机的研制及系统的台架动力学性能试验等工作.台架试验采用实测不平顺轨道谱,对比了不同速度下半主动正常和半主动失效工况下车体的动力学性能指标,试验结果表明,研制成功的半主动悬挂系统能较有效地改善高速动车组车体的横向动力学性能.     

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。     

地铁工程作业机车的非正常横向振动分析

对某一地铁工程作业机车的非正常横向振动问题，运用动力学仿真手段进行了分析研究，提示了改善这种机车动力学性能的途径，并进一步研究了曲线通过的性能优化途径。所建立的非线性滚动摩擦旁承模型和一系复合悬挂模型能适用于类似的机车车辆动力学计算模型。     

列车主动减振器DSP控制系统的研究

在车辆简化模型的基础上，采用了比较成熟的线性二次型最优控制(LQG)对列车横向主动减振器进行控制，并利用DSP技术设计了控制系统的硬件，给出了控制器的原理图和部分硬件电路。使用MATLAB对控制效果进行了仿真，仿真结果表明在列车上安装半主动横向减振器能有效改善车体的横向振动性能。     

我国高速列车横向半主动悬挂系统控制策略及控制方式

列车横向悬挂系统可分为被动悬挂和主动悬挂两种形式，半主动悬挂是主动悬挂的一种形式。传统的被动悬挂系统的参数无法在车辆运行的过程中实施调节，难以适应列车在高速运行时对平衡性的需求。为改善我国铁路提速后提速机车与动力车普遍存在的横向平衡性性能不佳的问题，二系横向悬挂系统采用主动悬挂方式势在必行，通过对主动悬挂系统中全主动悬挂，低频主动悬挂和半主动悬挂的特点分析，认为半主动悬挂以其能耗低，控制简单和失效导向安全性良好等优势，应是我国目前高速列车二系悬挂系统的最佳形式，在此基础上，对我国列车应采用的横向半主动悬挂控制策略和悬挂系统天棚减振控制原理作了阐述，进一步给出了半主动悬挂系统的实施方案及横向半主动天棚（shyhook)减振器的工作原理，指出针对半主动悬挂系统的车辆模型，控制方法，减振器结构和信号检测与分析等问题需进行重要研究。