基于自适应迭代学习控制的列车自动驾驶算法

针对高速列车自动驾驶系统受到时变外部扰动和受限状态的情况,提出一种基于迭代学习控制的自适应控制算法. 基于Lyapunov 函数,利用列车运行过程中的状态偏差,推导出自适应迭代学习控制律和参数学习更新律. 构造类Lyapunov 函数的复合能量函数,通过迭代域的差分,证明其差分负定性和收敛性. 采用所提控制算法对列车跟踪性能进行计算机仿真和实例仿真验证,结果表明,所提出的自适应迭代学习控制算法对列车期望曲线跟踪具有较高的精度和较快的收敛速度,能够在较短的迭代次数实现对期望曲线的精确跟踪.     

需求响应的集装箱班列时刻表优化及 Benders分解算法

充分考虑集装箱货物与集装箱班列在时间和数量方面的匹配关系,以集装箱货物送达目的站的总延误最小为目标,构建集装箱班列时刻表优化的线性混合整数规划模型.采 用Benders分解算法将原问题分解为确定集装箱货物与班列匹配方案的主问题,以及优化班列时刻表的子问题,通过求解子问题的对偶模型不断产生主问题的割平面.为克服割平面有效性较低的缺点,设计改进策略,使每次迭代产生多个割平面同时添加至主问题中.最后,通过算例验证模型和算法的有效性.结果表明：改进策略的运用有效提高了算法的计算效率,利用模型及算法得到的班列时刻表与集装箱货物的数量、时间分布之间具有较好的匹配性,制定的班列时刻表很好地响应了用户需求.     

基于小滚轮高频激励的高速列车齿轮箱箱体振动试验

为探究高速列车齿轮箱箱体振动特性和疲劳损伤, 应用小滚轮高频激励台架试验, 将滚轮表面加工成径跳量幅值为0.05 mm的13阶多边形, 可等效成20阶车轮多边形, 研究了某型齿轮箱箱体在不同垂向载荷与速度工况下的振动特性; 通过雨流计数法及Miner线性损伤法则, 分析了齿轮箱箱体单位时间应力累计损伤。研究结果表明: 受齿轮箱箱体共振影响, 不同垂向载荷与速度工况下, 高速列车运行速度为200 km·h^-1时, 齿轮箱箱体各测点的垂、横向加速度均方根值均为最小; 当垂向载荷为23 t时, 大部分测点的垂、横向加速度均方根值均为最大; 齿轮箱箱体存在573 Hz的局部固有频率被激发共振, 其原因是试验速度为100 km·h^-1时试验台发生共振, 以及试验速度为300 km·h^-1时, 受到20阶多边形车轮转频约580 Hz的主频激扰; 车轮初始速度从0加速到200 km·h^-1及从300 km·h^-1减速至0的速度等级之间时, 齿轮箱箱体各测点的单位时间应力累计损伤波动较大, 其余速度等级段各测点的单位时间应力累计损伤波动很小; 单位时间应力损伤最大值出现在大齿轮箱齿面观察孔, 为3.72×10^-10, 损伤最小值位于小齿轮箱轴承正上方, 仅为8.29×10^-18。可见, 箱体共振、试验台减速运行、速度等级对齿轮箱箱体振动加速度影响较大; 非共振、试验台不减速运行、相同速度等级下, 垂向载荷对单位时间应力累计损伤影响甚微。     

磁浮列车明线交会横向振动分析

为了研究气动力对磁浮列车运行稳定性的影响, 以上海磁浮列车为研究对象, 采用动网格技术, 通过求解三维可压缩非定常N S方程对磁悬浮列车在相对速度860 km/h交会时的气动力进行数值模拟; 同时将车体、悬浮架作为弹性体, 悬挂系统作为弹簧阻尼单元, 建立了详细的系统动力学模型, 对考虑列车交会瞬态压力冲击作用下的高速磁浮列车进行了横向振动分析。计算结果表明, 流场数值计算出的最大压力波幅值与实车试验结果两者差距小于6%;仅考虑轨道不平顺时, 磁浮列车的横向振动较小, 而在考虑磁浮列车高速运行时产生的交会压力波的情况下, 车体却产生了较大的横向振动, 底架最大横向加速度达1 5 m/s2, 经过二系悬挂的缓冲作用后振动明显减小, 悬浮架最大横向振动加速度约为0 7 m/s2。     

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探讨了开发城市轨道交通多列车运行模拟系统的关键问题.研制了可用于多 列车运行模拟、牵引计算、方案评价的模拟系统,该系统采用面向对象的方法和模块化的设计,具有良好的可扩展性.重点介绍了模拟系统的总体结构设计和多列车追踪运行的计算模型.此外,本文以实际线路为背景,对多列车的运行过程进行了模拟,模拟结果表明,系统可用于分析列车安全运行间隔、研究多列车运行时相互间的影响、研究不同的信号显示制式对列车运行的影响等.     

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基于通信的列车控制系统是我国铁路信号技术发展的一个重要方向，本文在分析了基于通信的列车控制系统结构的基础上，采用有色Petri网方法对该系统进行建模仿真研究.有色Petri网是一种以图形形式描述系统结构、功能的建模分析方法，特别适合大型异步并发系统的建模与仿真.为了使模型简洁清楚，提出了分整体层、处理层和功能层三部分建立相应的系统有色Petri网图的分析方法，并用CPN /Tools工具软件来实现.通过建立一个墓于通信的列车控制系统的有色Petri网模型，为最终开发出该系统的软件仿真平台莫定了良好的基拙.     

磁悬浮列车穿越隧道引起的压力波传播规律研究

在对Fluent软件进行二次开发的基础上，对磁悬浮列车穿越隧道引起的压力波进行了三维数值模拟，得出了隧道内的压力波时程曲线。并将隧道内的压力波动情况与列车的运行情况相结合，对压力波在隧道内的传播规律进行了详细的分析和解释，这对磁悬浮铁路隧道的设计提供了理论基础。     

基于谱载荷的高速列车转向架构架的疲劳强度

为了有效地预测高速列车转向架构架的疲劳强度或寿命，提出了一种基于试验谱载荷的疲劳强度预测方法．这种方法是用雨流计数法对UIC515-4和UIC615-4规定的构架疲劳强度试验载荷和载荷循环次数进行分级，用有限元法确定构架在每级载荷作用下的应力分布，将多轴应力转化为单轴应力，根据palmgren-Miner线性累积损伤准则计算构架的等效应力，利用S-N疲劳曲线预测构架的疲劳强度或寿命．算例表明，采用该预测方法计算的高速列车转向架构架的疲劳强度与现有文献的结果一致．     

基于移动闭塞条件下的列车运行仿真系统设计

当今,国外轨道交通系统中的移动自动闭塞技术已经发展成熟,这一技术具有优越的可控制性,可为运输组织的灵活管理提供有利的条件。探讨通过计算机仿真手段,模拟列车在移动自动闭塞条件下的追踪运行。从而为移动闭塞这一技术应用于我国轨道交通领域提供一个预测性的理论结果。     

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求,分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点,建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型,提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法;在此基础上,制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法,并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究;基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果,确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案;建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型,评估并校核了车轴的疲劳强度;建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型,验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明：17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg,比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%;内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66,临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域;采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h^-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路,主要动力学性能指标优良;在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络,据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见,内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势,且高速适应性较好,在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。