摆式列车倾摆控制系统

阐述了摆式列车倾摆控制系统各组成部分：检测子系统、控制系统、通信子系统以及倾摆作动子系统的功能及原理,并给出了车体倾摆控制算法,最后给出了对各子系统的试验研究结果,基本满足了倾摆控制系统的要求。     

摆式列车倾摆控制系统的信号处理

对摆式列车倾摆控制系统的实际线路采集信号进行分析,采用切贝雪夫逼近设计有限冲激（ＦＩＲ）低通数字滤波器,分析了信号经过滤波后产生滞后的原因,提出了滞后的补偿办法。给出了超高阈值的选取,介绍了ＤＳＰ技术,采用ＴＭＳ３２０Ｃ４０实现数字滤波器,得到可以实际应用的数字滤波器。     

摆式列车倾摆机构控制系统可靠性分析

介绍了影响倾摆机构可靠性的故障树,用控制系统冗余作为系统可靠性优化模型,改善了可靠性的公式,提出用自动转换装置和网络技术来实现倾摆机构控制系统冗余,分别给出自动转换装置和网络技术的具体实现方法。用网络技术实现冗余是一种既方便又提高系统可靠性的较好选择。     

摆式列车倾摆机构动力方式试验研究

对目前摆式列车所采用的液压及机电式倾摆动力方式进行了分析,通过 在摆式车体模拟试验台上的对比试验表明,在同样满足体摆性要求的前提下,机电式倾摆式构具有体积小、重量轻、维修量小等特点,更适合于车载设备的要求,代表了摆式列车倾摆机构发展的方向。     

小波包-神经网络在摆式列车倾摆控制系统故障诊断中的应用

针对摆式列车倾摆控制系统故障的特点, 研究了神经网络结合小波包分析进行故障诊断的方法, 采用小波包分解和信号重构的方法, 将在摆式列车试验台上采集到的振动信号分解到不同的频带以提取有关的故障信息, 并将振动信号各频带内的能量特征作为训练样本输入前向神经网络, 用优于改进梯度下降法的Levenberg- Marquardt优化方法对网络进行训练, 对倾摆控制系统的常见故障进行识别和诊断。实践表明, 该方法对摆式列车倾摆系统故障的诊断是可靠的。     

基于单轴陀螺平台的摆式列车倾摆检测系统

提出了基于单纯陀螺平台的摆式列车检测系统，详细分析了单纯陀螺平台系统的工作原理有其在摆式列车检测中的应用。对平台系统进行的分析表明，陀螺仪的漂移和国速度计的零偏是影响平台系统工作精度的主要误差因素。     

小波变换在摆式列车倾摆系统故障诊断中的应用

分析了摆式列车倾摆控制系统的可能故障,提出了由信号的小波变换奇异点在多尺度上的综合表现是否有突变来检测倾摆控制系统的执行器和传感器故障并对陀螺仪故障诊断进行了计算机仿真分析,结果表明,小波变换法诊断摆式列车倾摆系统故障有明显的优越性。     

摆式列车液压倾摆系统的基本构成与关键技术

介绍和分析了摆式列车倾摆机构的基本构造、基本要素和关键技术,为开发研制中国具有独立知识产权的摆式列车提供参考。     

摆式列车倾摆伺服系统控制问题的研究

针对摆式列车伺服倾摆系统的特点,设计了一种模糊－ＰＩ复合模式的伺服控制系统,仿真研究表明：该以模糊控制技术为核心的复合控制策略,可实现伺服务倾摆系统动态响应快、无超调、无静差的要求,并同时具有很强的鲁棒性。     

基于UIO的摆式列车倾摆控制系统执行机构的故障检测

提出了一种利用未知输入观测吕（ＵＩＯ）对摆式列车倾摆控制系统执行机构进行故障检测的方法。该方法是干扰解耦原理的一个应用,通过一个全阶未知输入观测器使残差对未知输入不敏感,而对故障敏感,通过一个简单阈值逻辑来检测故障,通过计算机仿真证明了该方法的有效性。     

摆式列车受电弓垂向振动主动控制

建立了摆式列车机电耦合动力学模型、受电弓线性和非线性动力学模型及接触网有限元模型和静态接触刚度模型,组成摆式列车-受电弓-接触网耦合动力学模型,分别设计了P和H∞鲁棒控制器,应用数值仿真方法,研究了摆式列车直线和曲线通过时两种控制器对摆式列车受电弓垂向主动控制的效果。结果表明受电弓若无垂向控制,其弓网接触压力波动较大;P和H∞鲁棒控制均能减小弓网接触压力的波动;控制延时对P控制比对H∞鲁棒控制的影响大;是否考虑接触网的振动对接触压力影响较大,对控制效果影响不大。这说明摆式列车受电弓垂向主动控制能明显改善弓网接触压力波动;H∞鲁棒控制比P控制效果更好;接触网的静态接触刚度模型可用于受电弓主动控制的定性分析。     

列尾装置对重载列车纵向力的影响

根据气体流动理论与多刚体动力学原理, 建立了带有列尾装置的列车空气制动系统与列车纵向动力学联合仿真模型, 计算了制动系统中空气流动瞬态数值解, 获得制动系统特性, 同步计算了列车纵向冲动。2万吨组合列车计算结果表明:全制动时安装列尾装置使最大车钩力降低54%, 列车纵向冲动明显降低;列尾装置减压量越大, 车钩力降低越明显, 目前列尾装置减压量固定为50kPa, 应根据线路经常使用的减压量确定更合理的值;列尾装置排气速度对车钩力影响较小;列尾装置滞后时间对车钩力影响微小;使用机车替代列尾装置, 在大减压量制动时, 车钩力将明显得到改善, 减压量越小, 机车与列尾装置作用效果越接近, 当机车减压50kPa制动时, 列尾装置与机车作用相同。     

高速列车动态间隔优化的弹性调整策略

为保证列车运行安全性, 提高铁路线路运载效能, 针对移动闭塞系统, 研究了高速列车追踪运行的间隔弹性调整策略和操纵轨迹的动态优化问题; 以高速列车运行安全性、效率、能耗和乘客舒适度作为列车运行控制策略曲线的优化目标, 研究了列车的追踪运行过程; 采用差分进化算法求解了列车运行过程多目标优化模型, 设计了离线最优运行控制策略曲线; 提出了列车弹性追踪间隔模型, 分析了列车运行过程中追踪间隔的实时变化; 基于弹性间隔模型设计列车追踪运行控制策略动态调整机制, 采集列车实际运行数据, 实时监测相邻列车间的实际追踪间隔, 评估其是否符合安全性与效率约束条件, 并分析了评估结果; 依据工况调整原则在线调整追踪列车的运行状态与工况, 实时优化列车追踪间隔; 应用武广高速铁路赤壁北—长沙南区间的实际运行数据进行了仿真验证。仿真结果表明: 与真实区间运行数据相比, 采用离线最优运行控制策略曲线后, 运行能耗降低了6.86%;与固定追踪时间间隔模型相比, 采用基于弹性模型的控制策略动态调整机制有效提升了铁路整体运输效能, 将临界安全发车间隔从234 s缩短至161 s, 线路整体运行效率由6 434 s缩短至6 376 s, 与真实运行数据相比, 追踪列车的运行能耗降低了7.194%。     

摆式车体倾摆试验装置控制模型的辨识研究

基于统一的输入输出模型结构,利用４种不同的参数估计方法,对倾摆车体试验模型的低频动态特性进行了离线辨识的研究。通过模型仿真输出与实测结果的比较,证明了所得模型的准确性。     

形式化方法在列车运行控制系统中的应用

为了确保列车运行控制系统设计和开发的正确性, 比较了仿真、测试和形式化3种能够验证系统设计正确性的方式。根据列车运行控制系统对安全的苛求性, 提出了4个与系统安全相关的重要特性, 即实时性、混成性、分布(并发)性、反应性, 并分析了与这些特性相关的具体形式化方法。通过对每种形式化方法的数学基础和应用范围的分析和归类, 给出了各种方法的优势和不足。分析结果表明: 任何形式化方法的应用都具有一定的局限性, 这是由模型检验和定理证明的本质所决定的; 指出了新方法提出、既有方法拓展以及多方法集成将是列车运行控制系统的形式化领域的方向。     

从控机车滞后时间对3万t列车纵向力的影响

使用列车空气制动仿真方法获得空气制动系统特性, 通过列车动力学仿真方法分析了3万t列车在多机车不同步条件下紧急制动和常用制动时车钩力, 提出了大秦线3万t重载组合列车的可行性编组。分析了从控机车在各种滞后时间情况下, 列车常用和紧急制动的最大车钩力的变化特点。研究结果表明: 平道常用全制动工况下, 从控二机车滞后时间比从控一机车滞后时间对车钩力影响更大, 从控机车滞后于主控机车5 s时, 最大车钩力增加了80.2%;平道紧急制动工况下, 从控一机车滞后时间对车钩力影响更大, 从控机车滞后于主控机车5 s时, 最大车钩力增加了335.9%;从控机车滞后时间控制在4.1 s以内, 车钩力可以控制在许用范围内。     

高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制

为了抑制由高速车体摇头引起的车体横向振动, 构造了高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制结构, 采用模糊控制策略, 以减振器的实际阻尼力和车体、构架的横向振动加速度为反馈输入, 对车体前后横向悬挂系统的可调减振器进行双闭环反馈独立控制。以美国六级轨道谱为输入, 在列车运行速度为270km.h^-1时, 结合表征列车悬挂系统横向振动特征的17自由度动力学模型, 对半主动悬挂机车和被动悬挂机车的横向振动、摇头振动进行计算。计算结果表明: 采用半主动悬挂的高速车体平稳性改善了12.54%, 摇头振动幅值减少了35.00%, 横向振动幅值减少了48.45%, 在车体固有频率(1~6Hz)附近, 车体横向振动、摇头振动抑制达到50%。可见, 该控制结构和控制策略能够明显抑制车体横向振动。     

高速摆式客车转向架及其动力学特性

铁路运输欲在竞争激烈的运输市场中占有一席之地，必须提高其运营速度，以缩短旅客和货物的运行时间，旅客列车提速已成为当今中国铁路的一项重大技术政策。采用摆式客车是在既有线路上提速的有效措施，摆式客车的关键技术之一是转向架。概述了国外几种主要摆式客车转向架的结构特点，介绍了中国铁道线路的基本情况，根据中国线路特点和摆式客车对转向架的特殊要求，提出了以一系柔性定位转向架作为中国高速摆式客车转向架的基本方案，并对其可行性和必要性进行了分析，最后对中国高速摆式客车转向架的初步结构和动力学性能进行了探讨。     

高速列车轮轨参数对车轮踏面磨耗的影响

建立了高速列车多体动力学仿真模型和车轮踏面磨耗计算模型, 通过动力学模拟计算了轮轨接触关系和接触力, 用FASTSIM重新计算轮轨接触斑内的滑动速度、轮轨切向力和摩擦功率的分布, 采用基于摩擦功的轮轨磨耗模型计算了车轮滚过一圈时踏面上一个接触斑的磨耗质量, 再通过累积得到运行一定距离后的踏面磨耗深度。采用数值仿真方法研究了不同车轮踏面外形、轮对内侧距、轨底坡和车速对踏面磨耗深度和磨耗分布的影响。计算结果表明: LMA和S1002踏面的磨耗分布比较均匀, LM踏面的磨耗深度最大, LM和XP55踏面的磨耗区域更靠近轮缘; 在LMA踏面标准轮轨匹配参数下, 轮对内侧距增加会增加磨耗, 磨耗深度随着轨底坡减小而增大; 高速列车车轮踏面磨耗与等效锥度密切相关, 较小的等效锥度会减小磨耗, 但等效锥度的选择需要兼顾动力学性能的其他方面。