基于车桥耦合的磁浮轨道梁中速适应性研究

研究目的:为探讨25 m跨长沙既有磁浮简支梁桥与梁上承轨简支梁桥两种轨道梁结构的中速适应性,基于有限元原理建立两种磁浮轨道梁的有限元动力分析模型,对其自振特性进行分析;基于多体动力学理论,建立了具有120个自由度的中低速磁浮车辆动力学模型;考虑PID悬浮主动控制下的悬浮控制力,建立了完善的磁浮列车-轨道梁-控制器耦合模型。依据该耦合模型进一步开展了车辆提速后两种不同轨道梁形式下的车桥耦合振动响应研究。研究结论:(1)梁上承轨简支梁桥相对于长沙既有磁浮简支梁桥具有更优的动力学性能;(2) F轨垂向位移、桥梁跨中垂向位移及加速度值相对减小幅度分别约为57. 25%、61. 26%及70. 59%;(3)车体垂向加速度与电磁悬浮力减小幅度最高分别可达25. 53%及10. 93%;(4)本研究结果可供中速磁浮桥梁结构设计参考。     

运用平稳性快速算法优化高速磁浮车辆的运行平稳性

简要介绍了由虚拟激励法推导出的轨道车辆平稳性快速算法.以TR08磁浮车辆为原型,建立了磁浮车辆的垂向和横向单车动力学模型.运用平稳性快速算法对磁浮车辆的平稳性进行了优化分析.分析了轨道不平顺波长与磁浮车辆运行平稳性之间的关系.分析表明,垂向和横向的刚度越小平稳性越好;当二系垂向和横向阻尼系数分别为6 kN·s/m和2 kN·s/m时,垂向和横向的平稳性能够达到最佳;运行速度越高,影响平稳性的波长范围就越大.但在各速度级下,50～100 m波长的不平顺对平稳性的影响最大.     

轨道高低不平顺对磁浮车辆动力学性能的影响

根据悬浮电磁铁产生的悬浮力为分布力这一特性,建立了多力元模拟单悬浮电磁铁线圈悬浮力的磁浮车辆垂向动力学模型,利用SIMPACK多体动力学软件建立了单力元、三力元、五力元模拟单悬浮电磁铁线圈悬浮力的磁浮车辆动力学模型,分析比较了多力元模拟悬浮电磁铁线圈悬浮力和实际悬浮力之间的差异,并且在不同波长轨道高低不平顺激励下进行了仿真计算,利用计算结果分析了不同波长的轨道垂向激励对磁浮车辆系统动力学指标的影响规律,得到了磁浮车辆对不同波长的轨道垂向激励动力响应的基本规律,证明了单力元模拟悬浮电磁铁线圈悬浮力的磁浮车辆动力学模型在轨道短波激励仿真计算中的局限性。     

中低速磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动仿真分析

以长沙中低速磁浮列车和25 m跨径简支梁为对象,建立包含完整悬浮控制系统和细致轨道结构的磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动模型,编制数值仿真程序,计算车辆以80 km/h速度通过不平顺线路时车轨桥耦合动力学响应,利用已有文献测试结果初步验证仿真模型。结果表明,车体的垂向振动很小,悬浮间隙波动量不超过0. 6 mm,最大动态悬浮力占额定悬浮力的24%,中低速磁浮车辆运行平稳,电磁铁动荷载系数低。桥梁跨中垂向挠度为2. 66 mm,小于磁浮简支梁挠跨比设计限值;跨中轨缝处F轨最大垂向位移为3. 04 mm,其中包含轨排自身弹性变形产生的0. 4 mm垂向位移,约占F轨总位移的13%。梁端和跨中处伸缩接头很好地限制F轨端部变形,但F轨端部垂向加速度幅值超过2g,约为中部的4倍,这对F轨伸缩缝连接副提出较高要求。     

基于UM的高速磁浮车辆刚柔耦合建模及振动传递规律研究

为研究高速磁浮车辆刚柔耦合模型的振动传递特性,首先对某型磁浮车辆进行了刚体建模以及刚柔耦合建模,并给出了柔性体悬浮架的自由振动模态,电磁力元的力学模型。然后采用时域和频域两种方法分别分析了刚性体模型和柔性体模型臂爪处、空气弹簧座处和车体的垂向加速度传递特点和横向加速度传递特点。     

长定子中低速磁浮轨道动态特性分析

建立了长定子中低速磁浮列车轨道刚柔耦合垂向动力学模型,并采用 Bernoulli—Euler 方法建立磁浮轨道动力学方程,对刚柔耦合振动进行了仿真研究,并对磁浮轨道的基本参数变化时的响应特征进行了分析比较.研究结果表明:磁浮列车轨下弹性体参数模型的选取对磁浮轨道的动态特性具有很大影响,随轨下弹性体刚度的增加,钢轨的最大位移减小,所受的力增加;磁浮列车轨下弹性体的阻尼使波动周期变大,波动频率减小,有效地发挥了减小振动、避免共振、调整高度的作用.     

低速磁浮车辆导向方式及其横向动态特性

为了获得低速磁浮车辆导向设计的基本参数和设计原则,开展了磁铁模块导向性能的静态分析与动态仿真研究。对不同导向方式下磁铁模块导向力、导向刚度以及垂向和横向力耦合度的大小进行比对分析,结果表明:在被动导向方式下采用磁铁横向对中布置和在主动导向方式下采用磁铁横向错位布置可以得到良好的车辆导向性能,而且后者更优;横向位移及其速度反馈主动导向可显著增加导向力和导向刚度,极大地改善模块动态导向性能,基本实现模块垂向和横向力解耦。建议低速磁浮车辆采用磁铁横向错位布置和横向位移与速度反馈主动导向方式。     

基于降维观测器的磁悬浮最优控制方法

为了解决磁悬浮列车的车轨耦合振动问题,以磁悬浮列车最基本的单元"单磁铁悬浮系统"为研究对象,提出了一种基于降维观测器的状态反馈最优控制方法,并在搭建的附带弹性轨道梁的单磁铁悬浮试验台上得到了有效验证。研究结果表明,该控制方法采用降维观测器能够准确快速地对系统进行状态估值,效果良好,结构简单,易于在工程上实现;在不考虑轨道梁的阻尼衰减作用时该控制方法仍能使系统迅速稳定,能够有效抑制磁悬浮列车的车轨耦合振动问题,降低系统的稳定性对轨道梁刚度的要求,减少磁浮交通的建设成本。     

轨道梁参数对磁浮车-高架桥垂向耦合动力响应的影响研究

建立磁浮车—高架桥垂向耦合模型,运用车—桥垂向耦合程序,分别探讨桥梁刚度和高架桥线路的不平顺对磁浮车—高架桥垂向动力响应的影响,分析结果表明:在相同的轨道梁抗弯刚度下,随着磁浮列车运行速度的增加,桥梁的振动响应增大,但轨道梁刚度大的桥梁振动响应比刚度小的桥梁振动响应增加幅度小一些;在相同车速下,随着轨道梁抗弯刚度的降低,桥梁振动响应增大;车辆重向振动响应在轨道抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之前,随轨道梁抗弯刚度的增大而减小,在轨道梁抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之后,无明显影响;线路状态对车辆的动力响应有明显影响,较差的线路状态将使高架桥挠度增大,使车体垂向振动加速度明显增大。     

提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势，但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性，通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型，对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析，并以长沙磁浮快线为对象，测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别，沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱，车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收，而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁；随着车辆运行速度的提高，轨道的振动加速度响应逐渐加剧，轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显，而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性；当车辆的运行速度提升至140 km/h后，轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时，轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内，轨道的振动响应满足要求。     

基于多层STAMP模型的CTCS-1级列控系统功能安全分析方法

根据CTCS-1级列控系统总体设计方案,以安全控制为核心,结合系统理论事故模型和控制过程提出多层STAMP模型与相应的安全分析方法。利用UML语言对列控系统内部组件交互控制过程进行描述并将其转换为多层STAMP模型和故障分析模型,分析危险事件产生原因,实现对系统功能的安全分析。以CTCS-1级列车进站场景为例,建立多层STAMP模型并针对可能发生的危险事件进行系统功能安全分析。分析结果表明,多层STAMP模型和安全分析方法适用于CTCS-1级列控系统的功能安全分析。     

铁路站场平面CAD系统的模型设计

工程设计的模型是实现工程设计中CAD系统设计的基础和核心,就铁路站场专业平面CAD软件的开发,介绍了站场平面CAD系统的模型设计过程。     

基于AIC信息准则法的摆式列车倾摆伺服系统建模研究

通过对摆式列车倾摆控制系统输入、输出数据的研究,建立一个来自实验数据的倾摆控制系统模型。基于AIC信息准则法极大似然参数估计建模的基本思想和理论,分析摆式列车倾摆伺服系统的结构、作动原理及控制输入参考信号的特点,通过仿真获取摆式列车倾摆控制系统的输入、输出数据,用极大似然函数法对同类模型的不同模型结构进行参数估计,并以得到的估计参数计算出相应的似然函数值及AIC信息距离值,选取AIC信息距离最小的模型为倾摆伺服系统的模型。实验仿真结果表明:基于AIC信息准则的极大似然参数估计方法能够对系统模型进行建模估计,该模型不仅是同类模型中与实际系统误差最小的而且是最佳的。     

基于对象Petri子网模型的列车群分布式仿真

为提高效率,增强真实度和可信度,采用分布式仿真解决列车群行为的分析和验证问题,并基于列车群的对象Petri子网模型(TGOSOPS)实施分布式仿真系统。针对模型到仿真系统的逻辑映射、运行中的动态关联以及依靠模型处理仿真冲突和时间协调等问题,提出由终端上的列车仿真应用模块和服务器上的全局控制模块构成分布式仿真系统框架,并对TGOSOPS按照功能进行划分,使其和分布式框架有机结合和映射。根据系统结构,结合动态离散事件系统的仿真思想,明确系统中各类实体和事件间的逻辑关系,采用定时与主动对象(主动成分)扫描相结合的方法,建立分布式仿真策略,包括客户端和服务器端两部分,从而实现模型到系统的动态关联,并采用空消息算法消除策略死锁。采用一个统一的全局时钟来调整局部时钟的时间周期,以实现分布时钟的协调。路网图、运行图、模型库和各种信息库等都以全局数据库的形式存储在服务器上,在仿真过程中,根据实验推进的需要可以随时从服务器上读入所需信息和数据。     

车辆—轨道系统高中低频动力学模型的理论特征及其应用范围的研究

针对铁路在提速和高速发展中碰到的车辆—轨道系统的结构磨损加剧、关键部件疲劳破坏和噪声等问题,提出必须进行车辆—轨道系统高中低频范围的动力学模型研究。根据激扰的差异及其波长范围,针对车辆—轨道系统动力学在低频、中频和高频3个范围内存在问题的性质,建立符合研究要求的车辆模型、轨道模型和轮轨接触模型,并采用合理的数学方法求解。认为以车辆—轨道系统的频率特征为基础,进行完整的车辆—轨道系统动力学研究,可以有效研究车辆—轨道系统的短时动力学和长期行为之间的关系。     

高速动车组制动系统电气仿真设计平台

制动系统是高速动车组九大关键技术之一,是一个充分考虑安全并具有丰富控制和诊断策略的系统。对于高速动车组制动系统的电气开发,传统的开发模式已经无法满足需求,必须以系统级的设计理念为基础,为此构建了基于V模型的电气仿真设计平台。应用该平台可以解决在传统的控制系统设计中所遇到的各种问题,包括从系统设计到控制、算法、数据的可视化,再到控制系统的实现与在线监测与维护管理等系统开发全过程。     

基于DoDAF框架的全自动驾驶仿真系统精细化设计及实现

为了实现对全自动驾驶（FAO）系统功能的验证，基于DoDAF框架模型，针对系统特点，搭建FAO仿真系统。DoDAF框架模型指导了FAO仿真系统从需求到详细设计各个阶段所需要完成的工作。在完成AV-1需求概述、CV-1能力构建和OV-1顶层概念初步设计的基础上，通过DIV-1概念数据模型、OV-4组织关系模型、OV-5b作战活动模型和bSV-1模型，设计FAO仿真系统；基于精细化模型和广州线路数据，在实验室搭建了FAO仿真系统并验证了其各项功能，为FAO系统的工程应用提供了有力支持。     

高铁牵引电流分布及贯通地线工程配置研究

我国正在规划400 km/h高速铁路,在更高速度下信号系统和接地系统的适应性有待于全面分析和评估。本文结合中国高速铁路背景,关注牵引供电系统中的主要设计参数,对比连续模型与节点模型,针对AT供电复线条件,搭建其参数可变的节点电压模型并进行仿真计算;对贯通地线截面积及其正常条件下的载流量、暂态条件下的熔断电流等特性对牵引电流分布的影响进行研究,并得出TJ-70型贯通地线能满足400 km/h条件下绝大部分情况泄流要求的结论。     

基于统一模型语言的城市轨道交通在线检测系统预研究

城市轨道交通在线检测系统负责对运行中的车辆设备、轨道设备等的工作状态及参数进行实时检测及故障诊断.因关系到安全运行,故要求其具有高可靠性和较强的数据处理能力.阐述了在线检测系统的总体结构,在UML(统一模型语言)建模技术的基础上,提出了基于UML的系统模型.     

面向城市轨道交通运维阶段的 BIM 模型建设

针对城市轨道交通工程建设阶段提交的建筑信息模型(BIM)应用于运维阶段普遍存在信息缺失、数据清洗 工作量大、与既有管控系统对接困难等问题,提出系统性解决方案。通过对运维阶段的应用场景及业务需求调研, 确立模型单元的几何精度、信息深度、数据结构、信息分类及编码等要求,给出具体的模型建设与数据采集方法; 通过建立模型分类编码、设计编号和资产管理编码的映射关系,模型能够顺利与各工程阶段信息采集库、综合监 控系统、资产管理系统实现数据融合,并通过运维平台实现设备运行状态的可视化监控与资产管理系统工单、台 账等信息的调取;通过模型技术要求与编码要求的严格实施,搭建出符合城市轨道交通三维可视化智慧运维需求 的全息模型。