列車橫向半主動懸掛系統(tǒng)廣義預測控制的研究.pdf

1、目前，我國列車的運行速度不斷的提高，增大了車體在運行過程中的振動幅度，使得車輛運行的平穩(wěn)性降低。實踐表明:我國列車垂向平穩(wěn)性基本上滿足提速的要求，然而，受傳統(tǒng)的被動懸掛系統(tǒng)參數(shù)局限性的影響，橫向振動惡化導致平穩(wěn)性能不佳，這對提速列車和高速列車的橫向懸掛系統(tǒng)提出了更高的要求[1]。半主動懸掛控制是改善列車橫向運行平穩(wěn)性的有效方法。用半主動控制策略控制列車懸掛系統(tǒng)，能夠有效改善橫向振動，從而改善平穩(wěn)性和提高乘坐舒適度，具有很大的現(xiàn)實意義。<

2、br>　　 本篇論文采用半主動懸掛控制進行了列車橫向振動控制的仿真研究。為了構建列車半主動懸掛控制系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，首先從研究列車振動的基本原理出發(fā)，對引起列車橫向振動的軌道方向不平順信號和軌道水平不平順信號進行了數(shù)值模擬;然后，在MATLAB環(huán)境中，構建了列車十七自由度懸掛系統(tǒng)的SIMULINK模型;接著，對列車懸掛系統(tǒng)要采用的半主動控制策略進行研究，并設計出一種改進的廣義預測控制(Improved General Predictiv

3、e Control，IGPC)算法;最后利用MATLAB/SIMULINK工具構建起列車半主動懸掛控制的仿真系統(tǒng)，并進行了仿真研究。具體的內容主要由以下幾方面組成:
　　 (1)首先分析了在高速列車中采用半主動懸掛系統(tǒng)的必要性。通過分析鐵道車輛被動懸掛系統(tǒng)、主動懸掛控制系統(tǒng)以及半主動懸掛系統(tǒng)的原理和特點，并比較了三種懸掛控制系統(tǒng)的優(yōu)劣，得出列車運行時采用半主動懸掛系統(tǒng)的優(yōu)越性和必要性。其次，對半主動懸掛系統(tǒng)的常見控制策略進行了分

4、析研究。
　　 (2)使用相關方法對車輛橫向振動影響較大的方向不平順和水平不平順信號進行了數(shù)學模擬，其中所用軌道不平順的譜密度分析表達式為德國軌道譜。然后，根據(jù)能夠描述高速列車運動特性的微分方程，在MATLAB/SIMULINK環(huán)境中構建起十七自由度高速列車懸掛系統(tǒng)的SIMULINK模型。
　　 (3)研究了預測控制的基本知識和廣義預測控制的原理，并分析出廣義預測控制的相關缺點，比如，Diophantine方程的求解和逆

5、矩陣的計算會導致在線計算量大。本文對廣義預測控制的性能指標函數(shù)和預測輸出的求解進行了改進，設計了一種改進的廣義預測控制算法(IGPC)。接著對應用該算法時需要特別注意的參數(shù)選擇進行了分析。最后，采用上述建立的德國軌道譜和高速列車SIMULINK模型，并結合改進的廣義預測控制算法(IGPC)，設計了列車橫向半主動懸掛控制系統(tǒng)。
　　 (4)在不同速度情況下，對改進的廣義預測控制(IGPC)半主動懸掛系統(tǒng)、廣義預測控制和PID結合(

6、GPC_PID)的半主動懸掛系統(tǒng)、被動懸掛系統(tǒng)三種情況進行了仿真研究。根據(jù)高速列車舒適度的相關評價指標，對仿真結果進行了分析。
　　 仿真結果顯示:基于IGPC的高速列車橫向半主動懸掛系統(tǒng)的評價指標均好于被動懸掛系統(tǒng)及(GPC_PID)的半主動懸掛系統(tǒng)，因此，該方法可以有效改善列車的橫向振動。本文驗證了該方法的有效性。
　　 本論文的研究工作得到西南交通大學牽引動力國家重點實驗室重點項目《機車車輛振動主動控制研究》(20