EMS型磁浮列車-橋梁耦合振動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、磁浮交通因其非接觸、無磨損、噪聲低等特點(diǎn)，在我國(guó)城軌交通中呈現(xiàn)出很好的發(fā)展前景。然而，懸浮系統(tǒng)的有源特性引發(fā)的磁浮列車-橋梁耦合自激振動(dòng)是傳統(tǒng)輪軌交通中沒有的新問題，也是影響磁浮交通性能和造價(jià)的關(guān)鍵問題。本文圍繞磁浮列車-橋梁耦合自激振動(dòng)問題，以北京市中低速磁浮交通示范線(S1線)首列車等的試驗(yàn)調(diào)試為平臺(tái)，從耦合系統(tǒng)建模，振動(dòng)機(jī)理分析、主要影響因素探討、抑制算法驗(yàn)證等方面開展了研究。
　　從建模上，首次提出了用于研究磁浮列車-橋梁

2、耦合自激振動(dòng)的最小動(dòng)力學(xué)模型。車橋耦合系統(tǒng)包括橋梁子系統(tǒng)和懸浮子系統(tǒng)。對(duì)于橋梁子系統(tǒng)，包含橋梁、軌排及橡膠墊片等，難以有效建模。本文采用實(shí)驗(yàn)建模方法，分析了實(shí)際系統(tǒng)自激振動(dòng)時(shí)的狀態(tài)信號(hào)和特征參數(shù)，證明可以忽略各部分的連接關(guān)系，建立橋梁子系統(tǒng)的簡(jiǎn)支梁模型。對(duì)于懸浮子系統(tǒng)，考慮到磁浮列車包含多個(gè)轉(zhuǎn)向架，每個(gè)轉(zhuǎn)向架包含四個(gè)懸浮點(diǎn)，轉(zhuǎn)向架和車體之間通過二次懸掛系統(tǒng)連接，本文采用逐層簡(jiǎn)化的方法，證明了單懸浮點(diǎn)是研究自激振動(dòng)的最小懸浮單元。從而提出

3、了磁浮列車-橋梁耦合自激振動(dòng)系統(tǒng)的最小動(dòng)力學(xué)模型。
　　從機(jī)理上，首次從三個(gè)角度闡述了出現(xiàn)自激振動(dòng)的原因。本文推導(dǎo)了耦合系統(tǒng)的特征方程及穩(wěn)定性條件，得出了二次耦合項(xiàng)是導(dǎo)致磁浮列車-橋梁耦合系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因。其次從能量的角度，得到了懸浮系統(tǒng)的有源功率以及橋梁不斷積聚能量的條件，推導(dǎo)出了自激振動(dòng)的頻率范圍。最后根據(jù)耦合系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，利用Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)，分析了自激振動(dòng)的機(jī)理，得到了橋梁模態(tài)頻率、懸浮系統(tǒng)有源臨界頻率、耦合

4、系統(tǒng)能量臨界頻率對(duì)自激振動(dòng)穩(wěn)定性的影響，為優(yōu)化橋梁的設(shè)計(jì)提供了理論參考。
　　從抑制策略上，首次借鑒電磁能量俘獲器的原理，將懸浮電磁鐵本身作為能量俘獲器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將橋梁作為能量俘獲器的激勵(lì)源，把橋梁振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)磁浮列車-橋梁耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定。此外，首次提出利用磁通內(nèi)環(huán)簡(jiǎn)化耦合自激振動(dòng)框圖的方法，并基于磁通內(nèi)環(huán)的狀態(tài)反饋算法，首次提出了引入橋梁速度信號(hào)和剔除橋梁位置信號(hào)反饋的自激振動(dòng)抑制策略，并進(jìn)行了充分的數(shù)值仿