擺式列車機(jī)電耦合系統(tǒng)動力學(xué)及控制研究.pdf

1、擺式列車是既有線路上列車提速的重要手段，尤其適合小半徑曲線較多的線路，也可用于高速線路上列車的進(jìn)一步提速。國外擺式列車已經(jīng)進(jìn)入了成熟的商業(yè)運(yùn)營階段，我國在上世紀(jì)90年代以后對擺式列車進(jìn)行了大量研究，但還沒有完全掌握其關(guān)鍵技術(shù)。本文對擺式列車機(jī)電耦合系統(tǒng)動力學(xué)問題進(jìn)行了深入研究，可為我國今后擺式列車的研制提供理論基礎(chǔ)。本文的主要工作如下： (1)建立了由多節(jié)動車和拖車組成的擺式列車機(jī)電耦合系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，該模型包括車輛子系統(tǒng)、

2、車間連接子系統(tǒng)、弓網(wǎng)子系統(tǒng)、傾擺控制和機(jī)電作動器子系統(tǒng)以及制動防滑控制子系統(tǒng)，能夠模擬擺式列車的動態(tài)運(yùn)行過程。 (2)首先研究了擺式列車曲線信號的檢測方法、傾擺控制指令生成方法和傾擺控制規(guī)律。詳細(xì)討論了采用線性預(yù)測法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法來進(jìn)行頭車傾擺控制信號延時的補(bǔ)償問題，研究了車體傾擺的P控制和H-魯棒控制方法。仿真分析表明，采用超高時變率能較好地判別擺式列車進(jìn)出曲線的情況；應(yīng)用預(yù)測方法可有效地補(bǔ)償頭車的傾擺延時，在預(yù)測時間較短時

3、線性預(yù)測效果較好，而在預(yù)測時間較長時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測效果更好：P控制方法和魯棒控制方法都能及時準(zhǔn)確地跟蹤傾擺控制信號，魯棒控制器有更好的魯棒性能且控制效果比P控制略好。然后采用本文的曲線檢測方法和傾擺控制信號生成方法，對列車線路試驗的曲線檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，并應(yīng)用本文的擺式列車模型對試驗曲線線路工況進(jìn)行了仿真，通過仿真結(jié)果和試驗結(jié)果的對比，對本文提出的曲線檢測方法進(jìn)行了驗證。 (3)對擺式列車的曲線通過動力學(xué)進(jìn)行了深入研究，分析了三

4、類徑向轉(zhuǎn)向架曲線通過性能、傾擺時車體的扭轉(zhuǎn)振動對傾擺控制性能的影響以及擺式列車的道岔通過性能。 (4)對擺式列車直線軌道運(yùn)行平穩(wěn)性和蛇行運(yùn)動穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真研究，分析了列車編組形式、車間連接剛度和阻尼對運(yùn)行平穩(wěn)性和蛇行失穩(wěn)臨界速度的影響。通過研究可知，單節(jié)車輛模型的橫向平穩(wěn)性要差于列車模型，而列車模型頭尾車的橫向平穩(wěn)性要差于中間車輛；適當(dāng)?shù)能囬g橫向連接阻尼能夠改善列車橫向運(yùn)行平穩(wěn)性；列車模型的臨界速度與單車模型相差不大，可以采用