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。     

基于最优控制的半主动悬挂机车平稳性能研究

现有的半主动悬挂控制策略本身存在一定的弊端,即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,为此采用最优控制的方法,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,同时利用动力学仿真软件Simpack建立一个2C0机车控制模型,并对改进后的控制策略进行了动力学性能仿真分析.仿真结果表明,基于最优控制改进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,从而使整车性能多指标综合达到最优.     

半主动悬挂的横向和垂向阻尼系数对车辆动力学性能的影响

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件建立了具有二系横向和垂向半主动悬挂车辆模型,分析在不同的半主动悬挂横向和垂向阻尼系数下,车体平稳性指标、构架加速度、轮对冲角和磨耗指数的变化情况,结果表明动力学性能之间存在多处相互矛盾的地方,在选择半主动悬挂横向和垂向阻尼系数时应合理安排,充分协调相互矛盾的动力学性能.     

高速动车组半主动悬挂系统动力学性能仿真分析

介绍了基于天棚控制理论的半主动减振器原理,以CRH380A动车组头车为研究对象,对天棚阻尼系数和时滞对车辆动力学性能的影响进行了仿真分析.结果表明:天棚阻尼系数越大,车体横向减振性能越优,但系统允许的最大时滞减小;天棚阻尼系数的设计要同时考虑横向振动性能和系统时滞的影响.半主动控制模式比被动模式对车体横向振动的改善效果均比较明显,平均改善率超过20％.     

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。     

比例溢流阀式半主动悬挂系统仿真研究

利用建立的比例溢流阀式半主动减振器的数学模型、天棚阻尼半主动控制器模型和车辆系统动力学模型,分析常通节流孔直径和比例溢流阀调压误差对半主动减振器性能的影响.结果表明:采用比例溢流阀式半主动悬挂系统能够有效地减小车体振动,而且车辆运行速度越高改善效果越明显;根据建立的车辆系统动力学模型,对应车辆各速度等级,当天棚阻尼系数取100kN·s·m-1时,车辆运行平稳性指标取得综合最优;常通节流孔直径越大,半主动减振器响应越慢,其等效阻尼越小,半主动减振器阻尼力对控制器期望阻尼力的跟踪能力就越差,在振动频率为1Hz附近车辆的振动能量越大,并且调压误差系数仅对车体的横向高频振动有微小的影响.     

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。     

半主动减振器阻尼控制技术研究

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,提出一种根据振动加速度得到振动速度的频率与幅值方法,基于模糊神经网络控制策略,实现半主动减振器控制阻尼参数可调,适用于各种路况、速度等级,满足提速与乘坐舒适度的要求.     

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。     

铁道车辆主动、半主动空气弹簧悬挂系统的研究

主要研究具有空气弹簧悬挂系统转向架的铁道车辆，提出采用主动、半主动悬挂策略来改善车辆的垂直运行平稳性，并由此提出随机最优控制，阀控主动控制和半主动悬挂等三种不同悬挂控制策略。在最优控制和阀控主动控制策略中，空气弹簧既被用作二系悬挂元件，又被用作控制执行元件。在半主动悬挂策略中，连接空气弹簧和附加空气室的节流孔直径将按照控制规律来调节。理论及参数研究表明；这些控制方式是有效的，最后给出了阀控悬挂的实验结果。     

新型车辆减振器技术

介绍几种新型减振器技术研究成果，包括电流变液体减振器、节流式磁流体阻尼可调减振器、双筒液压充气减振器、磁性减振器、可调阻尼减振器、半主动悬挂减振器、天棚阻尼器等7种减振器的构成及特点。为提高提速客车的舒适度，建议我国提前进行车辆减振技术的研究。     

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。     

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.     

车辆横向半主动悬挂的神经网络自适应控制

分析了车辆半主动悬挂模型的非线性特性，提出了采用神经网络的半主动悬挂自适应控制模型，设计了神经网络辨识器和控制器，采用专门算法修正控制器网络权值，仿真计算表明，神经网络自适应控制的半主动悬挂系统能有效改善车辆横向平稳性。     

车下悬吊系统耦合振动的半主动控制研究

为减小车体弹性振动,保护车下悬吊设备,研究了车体和车下悬吊设备的耦合振动关系,优化车辆动力学性能。考虑车体的弹性结构,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学仿真模型,对比分析了车下悬吊系统在被动控制方案和基于天棚阻尼的半主动控制方案下对车体弹性振动的影响,并分析了合理参数匹配的重要性。此外,以车下设备的质量为例研究了对半主动控制效果的影响。研究结果表明:在合理的参数匹配下,半主动控制方案能够有效降低车体的弹性振动;当车下设备质量较大时,半主动控制方案优于被动控制,且在一定范围内随质量增大减振效果更加明显。     

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。     

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。