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高速列车横向悬挂系统半主动控制研究

何文欣  
【摘要】:提高列车运行速度和增加列车运行密度,是保证我国经济快速持续发展的重要运输策略。目前世界上先进国家列车运行最高时速为350公里左右,且有关保证高速列车安全运行的关键技术对我国严格保密,国内目前尚未掌握相关核心技术。而另一方面,为应对国民经济快速发展的需求,我国正在考虑建设时速达500公里的高速铁路,这必然对未来交通运输的发展产生划时代的影响。 衡量列车车辆性质指标的一个重要标准就是列车车辆运行的平稳性,这保证了列车车辆能够安全运行,与保证了乘客乘坐列车的舒适程度。但是传统被动悬挂系统并不能够在列车车辆运行过程中实时调整阻尼力,在列车车辆高速运行的过程中很难保证其平稳运行。半主动悬挂系统可以在外界不提供能源、少量耗能的情况下保证列车车辆安全运行,对其进行深入研究有助于提高我国铁路运行的安全性。因此,对列车车辆系统的动力学行为、半主动悬挂系统、抑振控制策略、减振器的研究,对于改善列车车辆横向振动,有着十分重要的意义。 本文通过对列车车辆的悬挂系统、抑振控制方法、减振器的理论研究和列车车辆建模仿真的方法对列车车辆半主动悬挂的动力学特性、横向半主动悬挂抑振控制方法进行了相关研究。具体工作分为以下几个方面: 1.回顾了列车车辆的研究历史与发展情况,对列车车辆悬挂系统进行了详细的介绍,分析了被动悬挂系统,主动悬挂系统,半主动悬挂系统的各自特点,阐述了我国列车车辆选择使用半主动悬挂系统的原因与必要性,分析了国内外半主动悬挂系统的研究与应用情况,分析了高速列车运行舒适度评价标准。 2.分别对各种控制策略进行了分析并研究其基本原理与实际应用情况,对控制策略进行横向对比,分析了优劣势,确定了横向半主动抑振控制的控制策略。 3.研究了列车在实际运行过程中产生振动的原因,分析了不同自由度列车模型特点,建立列车横向半主动悬挂系统动力学模型,为下一章的模型仿真做好准备。 4.分别选取线性二次型最优控制、H∞控制、神经网络预测控制三种控制策略进行列车横向半主动悬挂抑振控制仿真实验,并进一步研究了三种控制策略改善列车运行平稳性的有效性。 5.仿真表明,采用线性二次型最优控制、H∞控制、神经网络预测控制三种控制策略的半主动悬挂系统可以有效地提高列车抑振性能,能够有效地降低列车的横向振动,并对于列车乘坐舒适性和行驶平顺性都有了改善提高。


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