高速列車多速率主動(dòng)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(dòng)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(dòng)懸掛系統(tǒng)中，開展主動(dòng)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(dòng)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(dòng)耦合而成的九自由度高速列車連續(xù)時(shí)域主動(dòng)懸掛系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)懸掛（未加控制）時(shí)的系統(tǒng)振動(dòng)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(dòng)懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的預(yù)測控制器。進(jìn)行主動(dòng)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(dòng)懸掛系統(tǒng)的側(cè)滾振動(dòng)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(dòng)懸掛減振試驗(yàn)臺(tái)，搭建起包含試驗(yàn)臺(tái)、外界激勵(lì)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)