摆式列车倾摆系统及倾摆作动器的现状与展望

介绍了摆式列车的基本特点；描述了摆式列车倾摆系统各种形式；重点阐述了机电作动器的现状及发展趋势。     

作动器故障时摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的自动容错控制方法

通过分析摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的结构和工作原理,建立其状态方程和非完全失效故障情况下作动器模型.考虑到倾摆控制系统参数和作动器故障的不确定性,采用基于参考模型的自适应容错控制策略,通过将故障作动器损失的驱动力平均分配给其他无故障的作动器,实现作动器驱动力的重组.以某摆式电动车组的受电弓主动倾摆控制系统作动器发生故障为例,对电动车组以120km·h-1速度通过半径为800m的圆曲线线路时的容错控制进行仿真研究.结果表明;倾摆控制系统能够跟踪给定的参数输出并使状态跟踪误差迅速收敛为0,基于自适应容错控制技术设计的自适应故障补偿控制器能够有效实现部分作动器故障后作动器驱动力的重组,表明给出的自适应容错控制方法完全适用于摆式电动车组受电弓主动倾摆控制系统的不确定性运行环境.     

摆式列车受电弓倾摆机构运动学分析

对于动力分散的摆式电动车组,带受电弓的车体倾摆时,受电弓也要作相应的倾摆,才能保证受电弓与接触网的正常接触。文章根据受电弓技术要求,运用ADAMS软件,对基于四连杆机构的被动式受电弓倾摆机构进行了几何建模以及运动学分析。对倾摆机构尺寸参数进行了优化,使受电弓在车体倾摆过程中始终处于正常工作范围之内,以确保受电弓正常受流,为受电弓倾摆机构的设计开发提供了依据。     

摆式电动车组受电弓倾摆系统的模式研究

根据国外的经验，指出采用动力分散的摆式列车可有效减小轴重，降低轮轨横向力和磨耗，是在既有线上提高列车运行速度的有效途径。重点阐述了国外摆式电动车组受电弓系统的倾摆模式，并对其特点进行了系统分析，提出了受电弓倾摆系统设计所需考虑的关键技术。     

摆式列车倾摆机构模式选择研究

对目前国外摆式列车倾摆机构的主要模式进行了分析，并从理论上对2种广泛运用的倾摆机构——四连杆和滚动导轨倾摆机构模式进行了研究。研究结果表明，在设计合理的前提下，滚动导轨式倾摆机构可以降低对作动器推力的要求，同时增加倾摆机构的回复刚度，采用较小的作动器即可满足车体倾摆要求。     

摆式列车倾摆控制系统的研究

提高铁路旅客列车的速度和缩短旅行时间是现在世界铁路发展的潮流，也是我国铁路运输发展的方向，是运输市场竞争对铁路运输提出的要示，我国国土面积的三分之二是山区丘陵，这些地区既有线路坡度大，曲线半径小，为提速改变这些线路既困难而且成本高。为增强这些既有铁路的竞争力，大幅度的提高旅客列车的运行速度又势在必行，开行摆式列车可以达到上述目的，摆式列车在世界上许多国家已得到广泛应用力我们提供了成功的经验。本文介绍了我国首列内燃摆式列车倾摆控制系统开发中的关键技术问题，如曲线检测，列车控制网络，倾摆作动器等。     

复合式倾摆系统的控制方法

为进一步提高现有窄轨铁路上的铁路车辆速度,开发了一种新的可使车体倾角大于传统摆式列车的倾摆系统。该系统对倾摆梁和可控的空气弹簧高度进行调节,从而减小车轮载重量损失并避免由较大倾角引起的车体横向位移。本文介绍复合式倾摆系统及其控制方法的特点,并给出试验台试验结果。     

摆式列车车体倾摆机构同步问题研究

针对倾摆机构和作动器因安装空间位置受限制以及为保证互换性而采取相对安装的方式带来的车体倾摆机构的同步问题,分析了摆式列车车体倾摆角度与作动器行程的关系,提出作动器主从同步的控制方式,即以一个作动器的输出作为理想输出,其余的作动器受控跟踪这一选定的理想输出,达到同步控制.这种同步控制方式具有灵活、快速、准确的输出响应,并通过试验得到了验证.     

摆式列车主动倾摆控制的数值仿真研究

为了仿真研究摆式列车倾摆控制信号的生成和倾摆控制规律,笔者建立了摆式列车机电耦合动力学模型和倾摆系统模型。该模型通过位于头车一位构架上的陀螺仪实时检测曲线,由同一位置的横向加速度滤波信号得到倾摆控制信号,并用线性预测法得到头车和第二辆车的倾摆控制信号。设计了倾摆系统的P数字控制器和H∞鲁棒数字控制器。采用数值积分方法进行仿真计算,研究了各种计算工况下2种控制器的控制效果。针对倾摆角度、角速度和角加速度进行比较分析,结果表明,2种控制器都能很好地跟踪倾摆控制信号,在有反馈干扰或控制信号突变时,鲁棒控制器可以更好地抑制倾摆角加速度;减小P控制的比例系数可以降低倾摆角加速度,但跟踪性能变差。     

摆式列车车休倾摆机构同步问题研究

针对倾摆机构和作动器因安装空间位置受限制以及为保证互换性而采取相对安装的方式带来的车体倾摆机构的同步问题,分析了摆式列车车体倾摆角度与作动器行程的关系,提出作动器主从同步的控制方式,即以一个作动器的输出作为理想输出,其余的作动器受控跟踪这一选定的理想输出,达到同步控制。这种同步控制方式具有灵活、快速、准确的输出响应,并通过试验得到了验证。     

摆式列车倾摆伺服控制系统辨识方法仿真研究

针对摆式列车倾摆伺服控制系统的原理及特点,应用不同的辨识方法对倾摆伺服控制系统进行辨识,并对各种方法辨识结果进行比较。仿真试验结果表明:当考虑倾摆控制系统的非线性时,神经网络方法能很好地辨识出倾摆伺服控制系统的动态特性,解决倾摆伺服控制系统辨识中的非线性问题,而其它方法较差。     

受电弓参数测定方法的研究

对单自由度欠阻尼振动特性进行理论推导,得出其一般运动规律,并利用此规律对受电弓参数进行测定。对于框架归算质量的测量,考虑到其结构是一个复杂的空间杆件结构,测量比较困难,于是采用单频稳态正弦激振方法得到其归算质量。     

基于ADAMS/Simulink联合仿真的弓网振动控制分析

文章通过三维软件绘制精确的某型受电弓的模型,将其导入ADAMS中,利用ANSYS软件对其中的板弹簧等弹性体进行网格划分使其成为柔性体,对接触网进行建模并在ADAMS中与受电弓进行装配,在虚拟样机中实现完整的弓网耦合模型。通过软件仿真得到相关的动力学数据,并通过ADAMS与simulink的联合仿真对其进行控制,从而实现完全利用虚拟样机模拟弓网关系的目的。     

基于传递函数模型的弓网系统动力学分析

引入系统动力学的传递函数关系,分别将受电弓、接触网线索的动力学方程转化为对应的传递函数模型,受电弓为单输入单输出模型,接触网线索单元为多输入输出模型。利用符号判断,处理弓网系统的非线性因素——吊弦力和接触力。将移动的弓网接触力等效为不同时间序列作用于不同质点的载荷序列,并用罚函数法建立弓网接触模型。最后编程实现以上方法,建立2种自由度数量弓网模型进行相同工况计算,发现增加接触网自由度更能逼近接触网的静态平衡形状,得到更稳定的接触力、受电弓运行轨迹波形。利用有限元法建模得到相同自由度下的弓网动力性能参数与传递函数模型比较,验证本计算方法的有效性。     

受电弓与接触网间的接触压力检测研究

提出一种在受电弓上安装4只压力传感器及1只加速度传感器来检测接触压力的方法,考虑了受电弓的惯性力;介绍一种用FSO系统把信号传输到低压侧的新的数据传输方式,并提出了一套评价接触压力的算法,此算法可对受流质量进行智能判断。     

基于信号和车辆系统联控的弓靴转换控制设计研究

广州地铁4号、5号、6号、14号、21号线运营线路采用第三轨集电靴受流方式,车辆段采用接触网受电弓受流方式,列车在进出车辆段时,需在弓靴转换点处进行降弓升靴或降靴升弓的操作,传统人防监控方法是人工监控与视频监控。文章研究利用信号定位、车辆控制软件联控的方式,实现列车弓靴转换由人防向技防的转变,设计研究成果已在广州地铁14号、21号线车辆段出入段线弓靴转换点处成熟应用。该设计研究方案能优化列车出入场管理、节约人力资源,并从根本上解决人工未按要求进行弓靴转换而产生的安全风险。     

基于线性自适应神经网络的摆式列车横向加速度预测研究

阐述了用线性自适应神经网络对即将输入的控制参考信号进行多步在线自适应预测并编程实现的方法。对实测信号的仿真分析表明,线性自适应网络可以以满意的精度对摆式列车横向加速度进行多步预测,有效解决由于各种因素造成的滞后补偿问题。