高速動車組車輛系統的非線性動力學與控制

《高速動車組車輛系統的非線性動力學與控制》是依託石家莊鐵道大學，由馬新娜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速動車組車輛系統的非線性動力學與控制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：馬新娜
• 依託單位：石家莊鐵道大學

項目摘要

高速動車組是目前高速鐵路的主流技術，列車運行的動力學特性對舒適性和安全性的影響很大，亟待研究動車組的非線性動力學特性，這對於掌握動車組的關鍵技術具有重要的意義。目前的研究大部分採用理想化的模型和等效線性化動力學分析，這帶來了一定的分析誤差甚至是動力學現象的本質差別。另外，傳統減振器的控制特性難以滿足高速動車組動力學特性的要求。本項目將新型的磁流變可控作動器引入高速動車組車輛懸掛系統中，建立橫-垂-縱向耦合的動力學模型，從而更深入地研究高速動車組車輛系統的動力學行為和非線性特徵，研發高效實用的半主動控制策略和相應軟體，探討高維車輛系統振動控制時滯問題的分析計算方法和補償措施。研究成果可以為高速動車組在工程設計、運行控制以及故障診斷等方面提供有價值的理論參考依據，有利於推動高速動車組領域的技術創新，同時在多自由度高維非線性系統動力學分析和控制時滯研究方面也是一個有益的探索。

結題摘要

在深入研究高速動車組車輛系統的動力學行為和非線性特徵基礎上，將磁流變阻尼器引入到車輛懸掛系統中，建立了基於磁流變阻尼器的高速動車組車輛系統動力學模型，研究了合理高效的自適應模糊智慧型控制策略，並對車輛控制中的時滯問題進行了探討。按計畫完成了基金申請書中的研究內容。主要研究工作和創新成果如下： （1）在對磁流變阻尼器進行力學特性試驗的基礎上，對磁流變阻尼器的多項式模型進行了曲線擬合和參數識別。以磁流變阻尼器控制系統為研究對象，在分析系統運動特徵基礎上，利用平均法進行分析求解。根據奇異性理論得到系統的普適開折以及特例情況下的轉遷集，分析了系統參數對幅-頻特徵曲線以及穩定性的影響。 （2）利用多體動力學軟體Adams/rail建立了基於磁流變阻尼器的高速動車組車輛系統橫—垂—縱向耦合的8車動力學模型，編組方式為T+M+M+T+T+M+M+T。使用秦瀋客運專線實測的軌道譜，通過和現場實際測量結果對比，對高速動車組車輛系統動力學模型的正確性進行了驗證。 （3）將Adams/Rail中建立的高速動車組車輛系統模型與Matlab/Simulink中建立的阻尼器模型和控制模型進行聯合仿真。採用被動控制、一般半主動控制和改進的半主動控制方法，研究了高速動車組車輛系統的動力學行為和非線性特徵以及動拖車間的相互作用。從橫向低動力和高速運行穩定性方面分析了車輛系統參數的影響。 （4）在分析了一般模糊控制方法的基礎上，提出了基於量化因子、比例因子的參數自適應模糊控制策略。並從平穩性和安全性角度分析了基於磁流變阻尼器的高速動車組車輛系統在不同控制策略下的動力學行為和特徵，驗證了參數自適應模糊控制策略的實時、連續和有效性。 （5）運用多尺度理論研究了半主動懸掛系統中的時滯問題。探討了小幅定頻激勵下系統的主共振特性，求解了幅-頻方程和相-頻方程，得到了系統的一次近似定常解，並對系統可能的平衡點進行了分類討論。分別分析了系統在次共振的三分之一亞諧共振下和三次超諧共振下系統的穩定性和分叉現象。