学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

高速铁道车辆半主动悬挂系统动力学建模优化与仿真分析

作　者: 廖英英
导　师: 刘金喜
学　校: 北京交通大学
专　业: 固体力学
关键词: 高速铁道车辆半主动控制磁流变阻尼器神经网络模型时滞
分类号: U270.33
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 354次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着国内外高速铁路技术的发展,国内旅客列车的运行速度不断提高,既有线提速客车时速已超过200km/h,新建高速铁路列车车速已达到300km/h以上。随着列车速度的提高,轮/轨间作用不断加剧,车辆运动稳定性、运行平稳性以及安全性能受到了严重威胁。如何在高速运行环境下有效抑制车体振动,减小蛇行运动幅值,提高乘客的乘坐舒适性能,增加安全裕量是一项重要的研究内容。本文以减小车体横向振动、提高非线性临界速度和增加安全裕量为目的,从高速铁道车辆建模、悬挂系统优化、磁流变阻尼器建模与半主动控制角度,全面分析了基于磁流变阻尼器的半主动控制系统对高速运行状况下的车辆动力学性能的影响情况。主要研究内容如下：(1)为了找到最佳的悬挂匹配关系以同时保证铁道车辆的运动稳定性、运行平稳性和曲线通过性能,首先采用ADAMS-Matlab联合设计的方法建立高速铁道车辆悬挂系统参数化模型,然后采用多目标遗传算法对悬挂系统进行优化,采用平均值筛选法和容差设计方法在多组Pareto解中找出最优悬挂参数,使优化后的悬挂系统在保证车辆具有良好运行平稳性的同时,显著提高模型的运动稳定性和曲线通过性能。(2)在获得磁流变阻尼器力学试验数据的基础上,采用遗传算法和非线性无约束最优算法成功地对磁流变阻尼器Bouc-Wen模型进行了参数识别,并对识别结果进行了泛化性检验。针对力学模型模拟磁流变阻尼器逆向特性困难这一问题,采用BP神经网络技术模拟磁流变阻尼器运行状态与所需电流强度之间的非线性映射关系,并采用遗传算法优化了逆向神经网络模型的权值和阈值。最后将磁流变阻尼器正向、逆向模型成功应用于1/4车半主动悬挂系统中,取得了很好的控制效果。(3)针对半主动开-关控制易导致高频颤振的缺点,分别建立了天棚阻尼控制、加速度阻尼控制、RS(Rakheja-Sankar)控制和天棚-加速度混合控制的连续型半主动控制策略,并分别采用1/4车模型和整车模型对高速运行状况下的几种半主动控制策略进行了仿真分析。分析结果表明：天棚阻尼控制在低频区控制效果好,加速度控制在中、高频区域控制效果好,而天棚阻尼-加速度混合控制兼备天棚阻尼控制和加速度控制的优势。与普通半主动控制相比,连续型控制能将阻尼器状态转换时的大幅“跳动”现象大大减少,使不同状态之间的切换更加平滑,有效缓解高频颤振现象。(4)建立更加接近真实状况的基于磁流变阻尼器的高速铁道车辆半主动悬挂系统,分析磁流变阻尼器及半主动控制策略对车辆系统的运行平稳性、运动稳定性和曲线通能力的影响。仿真结果显示,连续型天棚加速度混合控制效果最好。(5)通过对不同信号通道内时滞对动力学性能的影响情况进行仿真分析,发现只有速度通道,尤其是构架速度通道内的时滞对动力学性能的影响较大,而其他信号通道内的时滞则影响很小。随着时滞的增大,动力学性能并非单调变化,而是呈波浪形变化且具有一定的规律性。连续型半主动控制作用下的时滞对动力学性能的影响要远小于其他控制策略。图94幅,表20个,参考文献210篇。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
1 绪论  13-31
  1.1 课题的背景和意义  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-27
    1.2.1 磁流变阻尼器的发展及研究现状  14-18
    1.2.2 高速铁道车辆多体动力学建模与仿真技术  18-22
    1.2.3 多目标优化技术  22-23
    1.2.4 车辆悬挂系统半主动控制技术的研究现状  23-25
    1.2.5 控制系统时滞问题研究现状  25-27
  1.3 本课题的主要研究内容及技术线路  27-31
2 高速铁道车辆悬挂系统参数化建模与多目标优化  31-57
  2.1 引言  31
  2.2 铁道车辆多体动力学模型的建立  31-36
    2.2.1 车辆模型  31-34
    2.2.2 轨道模型  34-36
  2.3 ADAMS/Rail中的轮轨接触关系  36-40
    2.3.1 轮轨接触数学模型  36-38
    2.3.2 线性轮轨接触关系  38-39
    2.3.3 非线性轮轨接触关系  39-40
  2.4 铁道车辆悬挂系统参数化建模  40-46
    2.4.1 参数化建模  40-44
    2.4.2 参数化模型验证  44-46
  2.5 悬挂系统多目标优化  46-56
    2.5.1 多目标优化方法  46-47
    2.5.2 优化目标函数的确定  47-50
    2.5.3 悬挂系统关键参数的选择  50-53
    2.5.4 悬挂系统多目标优化  53-56
  2.6 本章小结  56-57
3 磁流变阻尼器神经网络建模  57-85
  3.1 引言  57
  3.2 磁流变阻尼器力学特性试验  57-59
  3.3 磁流变阻尼器正向模型  59-69
    3.3.1 磁流变阻尼器Bouc-Wen模型  59-61
    3.3.2 磁流变阻尼器模型参数识别方法  61-62
    3.3.3 磁流变阻尼器Bouc-Wen模型参数识别  62-66
    3.3.4 参数识别结果验证  66-69
  3.4 磁流变阻尼器逆向模型的神经网络建模  69-79
    3.4.1 神经网络建模原理  70-72
    3.4.2 神经网络模型的数据采集  72-74
    3.4.3 基于遗传算法的神经网络建模与优化  74-77
    3.4.4 模型的泛化性检验  77-79
  3.5 磁流变阻尼器的神经网络逆向模型仿真  79-84
    3.5.1 1/4车悬挂模型的半主动控制系统  79-83
    3.5.2 仿真分析  83-84
  3.6 本章小结  84-85
4 高速铁道车辆悬挂系统横向半主动控制  85-113
  4.1 引言  85
  4.2 铁道车辆常见半主动控制策略  85-86
    4.2.1 天棚阻尼控制(Sky-Hook,SH)  85-86
    4.2.2 加速度阻尼控制(Acceleration Drive Damping,ADD)  86
    4.2.3 RS控制(Rakheja-Sankar,RS)  86
  4.3 基于1/4车悬挂模型的半主动控制策略设计  86-93
    4.3.1 1/4车悬挂系统横向模型  86-87
    4.3.2 天棚阻尼加速度控制(SH-ADD)策略  87-93
  4.4 基于整车模型的半主动控制策略设计  93-104
    4.4.1 整车半主动悬挂系统模型  93-96
    4.4.2 连续阻尼控制策略  96-98
    4.4.3 半主动控制仿真  98-102
    4.4.4 连续天棚阻尼加速度控制(Continuous SH-ADD)策略  102-104
  4.5 想半主动控制对运动稳定性和曲线通过性能的影响  104-111
    4.5.1 理想半主动控制对非线性临界速度的影响  104-109
    4.5.2 理想半主动控制对曲线通过性能的影响  109-111
  4.6 本章小结  111-113
5 基于磁流变阻尼器的半主动控制仿真分析  113-129
  5.1 引言  113
  5.2 基于磁流变阻尼器的半主动控制系统  113-117
    5.2.1 半主动控制器  114
    5.2.2 阻尼控制器  114
    5.2.3 半主动控制系统  114-117
  5.3 磁流变阻尼器对半主动控制效果的影响  117-123
    5.3.1 横向运行平稳性  117-119
    5.3.2 半主动控制对运动稳定性的影响  119-120
    5.3.3 半主动控制对曲线通过性的影响  120-123
  5.4 基于磁流变阻尼器的半主动控制能力分析  123-127
    5.4.1 横向运行平稳性能  123-124
    5.4.2 运动稳定性能  124
    5.4.3 曲线通过性能  124-127
  5.5 本章小结  127-129
6 时滞对高速铁道车辆半主动控制系统的影响  129-157
  6.1 引言  129
  6.2 磁流变阻尼器的反应时滞  129-131
  6.3 半主动控制系统中的采集时滞  131
  6.4 1/4车悬挂系统的时滞分析  131-135
  6.5 基于磁流变阻尼器的整车半主动控制系统的时滞分析  135-156
    6.5.1 不同信号通道时滞的影响  135-139
    6.5.2 时滞对运行平稳性的影响  139-145
    6.5.3 时滞对运动稳定性的影响  145-150
    6.5.4 时滞对安全性能的影响  150-156
  6.6 本章小结  156-157
7 结论与展望  157-159
  7.1 主要结论及创新点  157
  7.2 展望  157-159
参考文献  159-171
作者简历  171-175
学位论文数据集  175

高速铁道车辆半主动悬挂系统动力学建模优化与仿真分析

内容摘要

全文目录

相似论文