擺式列車(chē)機(jī)電耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及控制研究.pdf

1、擺式列車(chē)是既有線路上列車(chē)提速的重要手段，尤其適合小半徑曲線較多的線路，也可用于高速線路上列車(chē)的進(jìn)一步提速。國(guó)外擺式列車(chē)已經(jīng)進(jìn)入了成熟的商業(yè)運(yùn)營(yíng)階段，我國(guó)在上世紀(jì)90年代以后對(duì)擺式列車(chē)進(jìn)行了大量研究，但還沒(méi)有完全掌握其關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)擺式列車(chē)機(jī)電耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，可為我國(guó)今后擺式列車(chē)的研制提供理論基礎(chǔ)。本文的主要工作如下： (1)建立了由多節(jié)動(dòng)車(chē)和拖車(chē)組成的擺式列車(chē)機(jī)電耦合系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，該模型包括車(chē)輛子系統(tǒng)、

2、車(chē)間連接子系統(tǒng)、弓網(wǎng)子系統(tǒng)、傾擺控制和機(jī)電作動(dòng)器子系統(tǒng)以及制動(dòng)防滑控制子系統(tǒng)，能夠模擬擺式列車(chē)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。 (2)首先研究了擺式列車(chē)曲線信號(hào)的檢測(cè)方法、傾擺控制指令生成方法和傾擺控制規(guī)律。詳細(xì)討論了采用線性預(yù)測(cè)法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法來(lái)進(jìn)行頭車(chē)傾擺控制信號(hào)延時(shí)的補(bǔ)償問(wèn)題，研究了車(chē)體傾擺的P控制和H-魯棒控制方法。仿真分析表明，采用超高時(shí)變率能較好地判別擺式列車(chē)進(jìn)出曲線的情況；應(yīng)用預(yù)測(cè)方法可有效地補(bǔ)償頭車(chē)的傾擺延時(shí)，在預(yù)測(cè)時(shí)間較短時(shí)

3、線性預(yù)測(cè)效果較好，而在預(yù)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)效果更好：P控制方法和魯棒控制方法都能及時(shí)準(zhǔn)確地跟蹤傾擺控制信號(hào)，魯棒控制器有更好的魯棒性能且控制效果比P控制略好。然后采用本文的曲線檢測(cè)方法和傾擺控制信號(hào)生成方法，對(duì)列車(chē)線路試驗(yàn)的曲線檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，并應(yīng)用本文的擺式列車(chē)模型對(duì)試驗(yàn)曲線線路工況進(jìn)行了仿真，通過(guò)仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，對(duì)本文提出的曲線檢測(cè)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。 (3)對(duì)擺式列車(chē)的曲線通過(guò)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了深入研究，分析了三

4、類(lèi)徑向轉(zhuǎn)向架曲線通過(guò)性能、傾擺時(shí)車(chē)體的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)傾擺控制性能的影響以及擺式列車(chē)的道岔通過(guò)性能。 (4)對(duì)擺式列車(chē)直線軌道運(yùn)行平穩(wěn)性和蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真研究，分析了列車(chē)編組形式、車(chē)間連接剛度和阻尼對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性和蛇行失穩(wěn)臨界速度的影響。通過(guò)研究可知，單節(jié)車(chē)輛模型的橫向平穩(wěn)性要差于列車(chē)模型，而列車(chē)模型頭尾車(chē)的橫向平穩(wěn)性要差于中間車(chē)輛；適當(dāng)?shù)能?chē)間橫向連接阻尼能夠改善列車(chē)橫向運(yùn)行平穩(wěn)性；列車(chē)模型的臨界速度與單車(chē)模型相差不大，可以采用