鐵道車(chē)輛饋能式主動(dòng)懸架研究.pdf

1、隨著高速鐵路技術(shù)的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸?shù)母咚倩瘜⒓觿¤F道車(chē)輛行駛時(shí)的車(chē)體振動(dòng)，影響鐵道車(chē)輛運(yùn)行的穩(wěn)定性及乘坐的舒適性，這使得人們對(duì)鐵道車(chē)輛懸架性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架由于建立在選定的彈簧剛度與減振阻尼參數(shù)基礎(chǔ)上，無(wú)法更好的適應(yīng)不同線路的運(yùn)行條件。因此，為了克服被動(dòng)懸架的缺陷，研究者們提出了基于主動(dòng)控制技術(shù)的主動(dòng)懸架，其能夠根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)與線路狀況實(shí)時(shí)調(diào)整輸出阻尼力，滿(mǎn)足車(chē)輛高速平穩(wěn)運(yùn)行的要求，并顯著提升乘坐舒適度。但是，主動(dòng)懸

2、架的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于外部功率的輸入，需要為執(zhí)行器的有效工作提供大量能量，這限制了主動(dòng)懸架在實(shí)際工程中的應(yīng)用。因此，本文針對(duì)鐵道車(chē)輛二系橫向懸掛系統(tǒng)，研究了一類(lèi)能量回饋式主動(dòng)懸架，它通過(guò)回收軌道不平順激勵(lì)引起的振動(dòng)能量，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)懸架執(zhí)行器的能量供給，進(jìn)而在不依賴(lài)于外部能源的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛振動(dòng)的有效抑制。
　　本文研究的主要內(nèi)容包括:
　　(1)給出了一種基于LQR最優(yōu)控制的鐵道車(chē)輛饋能式二系橫向懸架的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)設(shè)置執(zhí)行器

3、內(nèi)部功率損耗系數(shù)及能量回收功率損耗系數(shù)，分析了主動(dòng)懸架內(nèi)的能量流動(dòng)情況以及相應(yīng)的能量平衡條件。通過(guò)對(duì)二次性能指標(biāo)權(quán)重的調(diào)整，分析了控制增益對(duì)減振性能與能量消耗的影響，并給出了執(zhí)行器參數(shù)選型的具體要求，使得執(zhí)行器能夠在滿(mǎn)足主動(dòng)懸架期望減振性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)外部能量的零消耗。同時(shí)，為了進(jìn)一步應(yīng)對(duì)主動(dòng)懸架的高功率需求，在選定執(zhí)行器的基礎(chǔ)上研究了一種適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，它在保證較好的減振性能前提下，通過(guò)在線調(diào)整控制增益進(jìn)一步降低了執(zhí)行器的能量消耗。

4、
　　(2)給出了一種在頻域內(nèi)對(duì)鐵道車(chē)輛饋能式二系橫向懸架的分析設(shè)計(jì)方法，并對(duì)系統(tǒng)的能量平衡條件以及改善減振性能與能量消耗之間的關(guān)系作了詳細(xì)的分析。基于系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型，通過(guò)模式天棚阻尼控制方法將車(chē)輛懸架動(dòng)態(tài)分解為橫向運(yùn)動(dòng)模式與搖頭運(yùn)動(dòng)模式，進(jìn)而在頻域內(nèi)利用軌道橫向不平順功率譜密度對(duì)執(zhí)行器的平均消耗功率進(jìn)行計(jì)算。以此為基礎(chǔ)研究了控制增益與執(zhí)行器關(guān)鍵參數(shù)對(duì)振動(dòng)抑制與系統(tǒng)能量回饋的影響，并通過(guò)完整模型的數(shù)值仿真驗(yàn)證了所得能量平衡條件，仿

5、真結(jié)果表明在沒(méi)有外部能源供給情況下，主動(dòng)懸架實(shí)現(xiàn)了自供能量并顯著改善了減振性能。
　　(3)對(duì)于有界狀態(tài)時(shí)滯和控制輸入時(shí)滯下，具有范數(shù)有界不確定參數(shù)的線性系統(tǒng)，在二次型性能指標(biāo)含有交叉項(xiàng)的情況下，分別研究了系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)保性能控制算法和保性能/H∞控制算法。通過(guò)Lyapunov函數(shù)方法，在滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定性和相應(yīng)性能指標(biāo)的前提下，將系統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為一組線性矩陣不等式的求解問(wèn)題。數(shù)值算例仿真表明，所設(shè)計(jì)的算法能夠?qū)o定的含有狀態(tài)

6、時(shí)滯和輸入時(shí)滯的參數(shù)不確定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)定，并最優(yōu)化性能指標(biāo)。
　　(4)基于具有范數(shù)有界不確定參數(shù)的1/4鐵道車(chē)輛懸架系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了最優(yōu)化二次型性能指標(biāo)的主動(dòng)懸架魯棒控制器。利用該控制器在1/4車(chē)輛模型上分析了系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)下的能量平衡條件。然后，利用含有攝動(dòng)參數(shù)的整車(chē)模型仿真對(duì)所設(shè)計(jì)的魯棒控制器與傳統(tǒng)LQR最優(yōu)控制器以及被動(dòng)懸架的性能做了比較分析，并對(duì)自供能量條件進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(5)基于執(zhí)行器有時(shí)滯的1/4鐵道車(chē)輛懸架系統(tǒng)，