高速列車主動懸掛多速率控制方法研究.pdf

1、隨著高速列車速度的不斷提升，人們對列車減振降噪技術有了更高的要求。擯棄傳統(tǒng)被動懸掛，采用主動懸掛技術已成為當前列車發(fā)展的必然趨勢。然而，列車主動懸掛作為一個以計算機為控制核心的主動減振系統(tǒng)，設備結構復雜，在這樣復雜的多變量計算機控制系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)各處都采用單一的采樣周期是不現(xiàn)實的，而一般較短的采樣周期可得到較好的控制品質，但這將提高振動主動控制系統(tǒng)的復雜性和造價。因此，為了解決上述問題，本文開展高速列車主動懸掛多速率控制方法研究，設計

2、多速率采樣數(shù)字控制器，以期優(yōu)化列車主動懸掛減振性能，提高乘客乘坐舒適性。
　　采用軌道垂向與橫向隨機不平順激擾作為高速列車的干擾激勵，以列車單節(jié)車輛為研究對象，分別建立以車體質心垂向位移和車體點頭角位移為輸出變量的高速列車車輛垂向主動懸掛連續(xù)時域系統(tǒng)模型，以及以車體橫向側滾角位移為輸出變量的橫向主動懸掛連續(xù)時域系統(tǒng)模型。通過系統(tǒng)階躍不變離散化方法，將上述連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程離散化。采用多速率數(shù)字系統(tǒng)提升技術，分別獲得垂向和橫向主動懸掛

3、多速率系統(tǒng)的動力學狀態(tài)空間模型。
　　根據(jù)一般離散化系統(tǒng)可控可觀測性判據(jù)，計算分析列車垂向和橫向主動懸掛多速率系統(tǒng)的可控可觀性。接著，探討開閉環(huán)極點分布情況，分析考慮模型攝動以及含時滯的主動懸掛多速率系統(tǒng)穩(wěn)定性條件。最后，進行了連續(xù)時域、離散單速率和多速率三種不同系統(tǒng)控制前的輸出性能對比仿真，結果表明主動懸掛多速率系統(tǒng)相比離散單速率系統(tǒng)，振動控制性能和響應速度都得到了較好的提高。
　　利用遺傳算法工具箱，優(yōu)化選取加權矩陣Q、

4、R值。針對垂向和橫向主動懸掛連續(xù)時域系統(tǒng)、離散單速率系統(tǒng)和多速率系統(tǒng)，分別求解出各自的最優(yōu)反饋加權矩陣，獲得三種不同振動主動控制系統(tǒng)最優(yōu)控制器。SIMULINK對比仿真分析三種系統(tǒng)質心垂向位移、點頭角位移以及側滾角位移控制輸出效果，仿真結果表明所設計的控制器是有效的，且施加控制后的結果也表明多速率數(shù)字系統(tǒng)在控制性能上的優(yōu)越性。最后基于電磁阻尼原理，搭建電磁阻尼主動懸掛的簡易實驗驗證平臺，開展單速率和多速率采樣下的實驗對比研究。結果表明多