基于卡爾曼濾波的高速列車走行部關(guān)鍵參數(shù)辨識.pdf

1、高速列車服役安全與車體和轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件的安全性態(tài)緊密相關(guān)。由于列車的高強(qiáng)度運行，一些部件更容易出現(xiàn)磨損、老化、疲勞和失效等潛在故障因素，其相應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)也會出現(xiàn)變化。本文針對列車車輛懸掛系統(tǒng)的參數(shù)估計問題，實現(xiàn)了基于卡爾曼濾波器(Kalman filter)、擴(kuò)展卡爾曼濾波器(Extended Kalman filter)、無跡卡爾曼濾波器(Unscented Kalman filter)的高速列車參數(shù)狀態(tài)聯(lián)合估計。參數(shù)及狀態(tài)估計結(jié)果可

2、用于評估列車的運行狀態(tài)，實現(xiàn)高速列車關(guān)鍵參數(shù)及狀態(tài)的實時監(jiān)測。
　　首先，通過研究列車車體及其轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)，本文建立了列車車輛的線性動力學(xué)模型。并以列車車體上安裝的五個加速度傳感器數(shù)據(jù)被選取作為狀態(tài)方程的輸出變量，給出了列車車體的狀態(tài)空間模型，并進(jìn)行了離散化。高速列車運行數(shù)據(jù)是由基于轉(zhuǎn)向架動力學(xué)方程模型在仿真軟件SIMPACK以及SIMULINK中搭建的模塊，通過計算機(jī)仿真輸出的。
　　其次，在將已經(jīng)建立好的狀態(tài)空間方程離散

3、化后，本文依據(jù)隨機(jī)線性離散系統(tǒng)的卡爾曼濾波器基本方程。通過基于卡爾曼濾波的狀態(tài)估計方法，得到了各項狀態(tài)變量在列車正常運行時的狀態(tài)。在列車正常運行的狀態(tài)仿真實驗中，仿真結(jié)果較好地體現(xiàn)了列車各項狀態(tài)變量的情況。并消除了列車傳感器所受的高斯白噪聲的影響。
　　進(jìn)一步地，對于需要對列車關(guān)鍵參數(shù)（抗蛇行阻尼器、踏面錐度、橫向阻尼器）進(jìn)行參數(shù)狀態(tài)聯(lián)合估計時，待估計的系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。對于非線性系統(tǒng)，本文選取了擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波

4、對其進(jìn)行狀態(tài)、參數(shù)的聯(lián)合估計，對高速列車服役安全關(guān)鍵參數(shù)的實時估計進(jìn)行仿真和評估。兩種非線性濾波方法（擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波）分別被用于高速列車的狀態(tài)、關(guān)鍵參數(shù)聯(lián)合估計中，仿真結(jié)果證明了基于非線性卡爾曼濾波的參數(shù)估計方法在高速列車關(guān)鍵參數(shù)估計中的有效性。
　　最后，列車關(guān)鍵部件-抗蛇行阻尼器的非線性加入到了列車模型中。針對抗蛇行阻尼器的物理特性，主要工作是集中于對其分段線性化，并使用參數(shù)估計方法針對基于分段線性化描述的抗蛇