高速列車多速率主動懸掛預(yù)測控制算法研究.pdf

1、安全、平穩(wěn)及舒適是高速鐵路運(yùn)輸事業(yè)需要不斷追求的目標(biāo)。隨著運(yùn)行時(shí)速的提高，列車運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和乘坐舒適度等運(yùn)輸服務(wù)品質(zhì)將更依賴于懸掛系統(tǒng)的減振性能。這也意味著，只有達(dá)到更高性能標(biāo)準(zhǔn)和要求的懸掛系統(tǒng)才能適應(yīng)鐵路的高速發(fā)展。主動懸掛控制技術(shù)能有效地改善列車的垂向和橫向平穩(wěn)性，是列車減振降噪相關(guān)方面的研究重點(diǎn)。然而，在以往的懸掛系統(tǒng)研究中，常常忽略系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中存在著的采樣頻率間的差異和客觀存在的時(shí)滯現(xiàn)象。本文在相關(guān)研究背景下，將時(shí)滯和多速率

2、現(xiàn)象引入到高速列車主動懸掛系統(tǒng)中，開展主動懸掛控制技術(shù)研究，設(shè)計(jì)多速率懸掛系統(tǒng)控制器，以使懸掛系統(tǒng)減振性能更好地適應(yīng)列車運(yùn)行時(shí)速的提高。
　　基于列車運(yùn)行時(shí)受到的軌道方向不平順和高低不平順隨機(jī)激擾，建立了包含車體的側(cè)滾角加速度、前后轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的側(cè)滾角加速度等三自由度的橫向振動以及車體質(zhì)心的垂向加速度和點(diǎn)頭角加速度、前后轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)心的垂向加速度和點(diǎn)頭角加速度等六自由度的垂向振動耦合而成的九自由度高速列車連續(xù)時(shí)域主動懸掛系統(tǒng)動力學(xué)模

3、型。采用離散化方法后，利用提升技術(shù)，并引入時(shí)滯，得到了單速率和時(shí)滯多速率懸掛系統(tǒng)模型。仿真分析了車輛采用被動懸掛（未加控制）時(shí)的系統(tǒng)振動輸出情況，可以看出，時(shí)滯影響系統(tǒng)減振性能，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，多速率比單速率系統(tǒng)具備更好的響應(yīng)性能。
　　采用Laguerre標(biāo)準(zhǔn)正交基函數(shù)MPC模型預(yù)測控制算法，分別為高速列車連續(xù)時(shí)域、離散單速率、離散多速率及時(shí)滯多速率主動懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的預(yù)測控制器。進(jìn)行主動懸掛閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真分析，通過對

4、比分析車體質(zhì)心垂向加速度、點(diǎn)頭角加速度和側(cè)滾角加速度等輸出響應(yīng)的仿真結(jié)果，說明了多速率相對于單速率系統(tǒng)在控制性能上的優(yōu)勢及時(shí)滯對于系統(tǒng)響應(yīng)速度與控制效果的危害性。采用最優(yōu)控制與預(yù)測控制，將主動懸掛系統(tǒng)的側(cè)滾振動控制輸出情況進(jìn)行對比，比較兩種控制策略的控制效果，驗(yàn)證了預(yù)測控制實(shí)時(shí)優(yōu)化特性的優(yōu)越性。
　　利用含磁流變阻尼器的車輛主動懸掛減振試驗(yàn)臺，搭建起包含試驗(yàn)臺、外界激勵系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和U/I電路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)總系統(tǒng)。加入預(yù)