朱浩[1]2006年在《基于多体动力学理论的车辆主动悬挂的控制策略研究》文中研究指明悬挂系统是车辆动力系统的重要组成部分，性能良好的悬挂系统可以改善车辆的动态运行品质，特别是随着主动控制策略的介入，车辆悬挂系统从此发生了革命性的变化，实现了与现代控制策略和计算机信息技术的有机融合。然而，常规的基于主动悬挂的车辆系统动力学的研究通常是仅围绕着主动控制策略及车辆结构动力学的研究，理论研究的结果最终是要付诸于大量的物理试验来验证，这无疑增大了研发成本，也延缓了产业化进程。基于多体理论的数字化虚拟样机技术的发展及其在各行各业中的应用为主动悬挂车辆系统的快速设计、分析和优化提供了有力的工具。 本文在教育部重点基金的资助下，借助于多体理论的最新成果——虚拟样机技术，完成了主动悬挂车辆动力系统的设计、分析和研究，即将传统的主动悬挂的控制研究纳入到现代多体动力系统的设计方法中，以虚拟样机的形式来展现主动悬挂车辆系统在现在智能控制策略作用下的动态性能，并以全新的设计理念对主动悬挂的设计进行了新的构思和规划。 考虑车体轻量化是现代车辆发展的重要趋势，但车体轻量化后将会引起车辆在运行过程中的产生剧烈振动，严重地危害了车辆的运行品质，因此研究基于轻量化车体的车辆系统的动力学行为已成为刻不容缓的任务。为了适应这一发展要求，本文将刚性车体泛化为柔性车体，借助Craig-Bampton固定界面模态综合法的分析方法，利用功能强大的有限元分析软件ANSYS建立车体的有限元分析模型，同时利用ANSYS的内核将柔性车体转换为多体动力学分析软件ADAMS可以接受的模态中性文件格式，用以研究柔性车体在运行工况下的车体质心的垂／横动态响应，为优化车体结构提供技术支持。 为实现车辆主动控制的需要，本文建立了基于轨道谱的6自由度和9自由度的车辆垂向主动悬挂动力学的数学模型以及17自由度的车辆横向主动悬挂动力学的数学模型，并将轨道不平顺谱函数作为路面输入，建立了基于高速轨道谱输入的用于车辆主动悬挂动力学研究和分析的系统数学模型，同时，用数值模拟的方法得出了路面谱输入的时域函数关系。 在控制策略的研究中，本文设计了一种具有可调因子的模糊控制器，并进行了主动隔振的仿真研究。同时根据车辆自身的结构特点和路面信息的获取渠道，本文创新性地将最优预见控制划分为轴间预见
饶大可[2]2003年在《基于车辆模型的铁道车辆主动悬挂预见控制研究》文中研究说明作为列车转向架的重要组成部分，悬挂系统的作用之一是为车体缓和因铁道线路的不平顺等原因引起的车辆振动和冲击，可以说悬挂系统的减振能力直接关系到列车的运行品质。因此改善悬挂系统的性能，对我国现在正进行的列车提速具有重要意义。 本文以单节列车车厢为研究对象，通过动力学分析，建立了一个11自由度的数学模型，并在此基础上用MATLAB编写了数字仿真程序，用以对车体在垂向位移振动，点头振动和横向滚摆振动进行研究。 预见控制，不仅考虑系统当前的信息，还根据系统的未来目标值和未来干扰值决定当前的控制，是一种先进的控制方法。本文将预见控制引入列车主动悬挂系统的控制，对汽车和列车的主动悬挂预见控制的方案进行了比较，采用最优前馈预见控制方法，设计了对所有轮对进行预见控制的完全预见控制和利用前轮信息对后轮进行预见控制的部分预见控制。通过仿真程序，对两种方式的预见控制和一般的最优调节器控制和被动悬挂进行了比较。结果表明两种预见控制方式在控制效果方面有明显的优势，都能够大幅地衰减车体各方向的振动，其中部分预见控制的减振效果虽然略输于完全预见方式，但在实际中更易采用，因此可以说更具有发展前途。 为进行实验研究，本文设计制造了一套采用高速开关阀为控制阀的液压主动隔振实验系统，对预见控制进行了实验研究，实验结果验证了仿真预见控制算法的有效性。另外这套系统还具有实验教学的作用。
杨建伟[3]2006年在《高速车辆横向振动半主动控制系统研究》文中认为随着我国国民经济的迅速发展和加入WTO，铁路运输既遇到前所未有的发展机会，又受到航空和高速公路方面的强烈冲击，加之人民生活水平的提高对交通运输质量(快速、安全、舒适)提出了更高的要求。因此近年来我国铁路通过实施分批分级的提速计划、发展客运专线和高速度铁路来适应这些需求。车辆运行速度提高会涉及到诸多问题，需克服许多技术难点，其中之一是提速将要求车辆在较高的速度上满足车辆平稳性的要求，使乘客感到舒适，与此同时还要保证行车安全。由于列车运行速度越高，列车的振动受长波长轨道不平顺的影响就会越大，轨道不平顺波长越长，车辆提高乘坐舒适度的难度也因此而增大。所以要求高速铁道车辆自身具有较高的改善振动性能的能力，特别是改善横向振动性能的能力。 悬挂系统是影响铁道车辆振动性能的关键部件，采用能够根据轨道不平顺和车辆运行状态进行实时控制的智能悬挂是提高铁道车辆平稳性、舒适性和安全性的一条重要途径。半主动悬挂利用可变阻尼减振器实现了阻尼实时控制，具有优良的可控性、较低的功耗和相对简单的结构，成为目前智能悬挂领域的研究热点，受到各国铁道车辆研制人员的密切关注。本文应用理论分析、数值仿真和实验室试验的方法，对可变阻尼阻尼器的动态特性、铁道车辆半主动悬挂的动力学特性、半主动悬挂控制策略以及控制系统设计与实现进行了研究。具体工作包括以下几方面： (1) 阐述了半主动悬挂研究的重要意义，回顾了铁道车辆智能悬挂的研究历史和进展，在综述半主动悬挂系统的组成及其阻尼控制特点的基础上，分析了各种控制策略的特点、阻尼器研究的进展、半主动悬挂的应用情况，指出目前存在的问题。 (2) 阐述了半主动悬挂可变阻尼减振器应满足的要求，并对基于该要求开发的高速开关阀半主动减振器(减振器由同本KYB公司作细节设计并制造)性能进行了试验测试。
陈春俊[4]2006年在《高速列车横向主动、半主动悬挂控制研究》文中研究说明我国铁路经过几次大提速表明，列车垂向运行平稳性基本能满足提速要求，而横向运行平稳性性能不佳，被动悬挂系统的局限性愈来愈明显。主动悬挂和半主动悬挂控制是改善列车横向运行平稳性的有效方法。结合我国铁路现状，采用半主动悬挂控制系统是我国目前高速列车悬挂系统的最佳方法。而全主动悬挂系统用于控制算法研究，为半主动控制算法积累经验。针对半主动悬挂控制系统的信号检测输入通道、控制量驱动放大及执行机构输出通道存在动态时延，以及列车结构和线路的复杂性，本文开展了以下研究工作： (1) 建立了列车横向半主动悬挂控制系统的各环节(或子系统)的动态数学模型。即建立了整车横向17自由度模型和半车3自由度受控自回归积分滑动平均(CARIMA)模型，解决模型精度高和控制器复杂性的矛盾问题；将理论建模与试验建模相结合，建立了列车半主动悬挂输入、输出通道的传递函数模型。 (2) 提出一种“基于频域采样的叁角级数法”模拟轨道线路不平顺信号。通过仿真，与传统方法相比，该方法不仅实现容易、模拟精度高，而且还能获得指定频率处的不平顺幅值。 (3) 对影响列车横向平稳性的车体横移振动、侧滚振动和摇头振动叁者关系进行了传统谱分析研究，通过幅值谱和相频谱得出摇头振动是影响列车横向平稳性的主要因素。 (4) 提出多目标约束下控制系统的满意优化算法，并将这一算法应用于对高速列车的横向叁种振动的矛盾关系研究。通过仿真给出叁种振动之间的矛盾度随速度变化的关系，以及在前后心盘处叁种振动与合成横向振动之间的矛盾度随速度变化的关系。 (5) 将广义预测控制理论应用于列车的主动、半主动悬挂控制。分别
曹志峰[5]2010年在《高速铁路车辆—桥梁耦合系统动力学与控制一体化仿真研究》文中研究指明车辆在桥梁上运行时,车辆与桥梁之间会发生动力相互作用,随着高速铁路的兴起,这种动力相互作用愈发明显也因此愈发引起重视,这也推动了车辆与桥梁动力相互作用研究长足发展,如今传统车辆-桥梁耦合系统动力学理论已日臻完善,理论分析已能在一定程度上代替试验工作。但伴随科技进步,机电技术正逐渐应用于现代车辆悬挂系统的设计中,目前悬挂系统已从传统的被动悬挂发展到了主动悬挂阶段,悬挂是影响车辆动力性能的关键部件,而对于车辆-桥梁耦合系统来说,车辆动力性能又直接关系到了桥梁的动力行为,因此如何评估主动悬挂技术的采用对车辆-桥梁耦合系统动力行为的影响,是车辆与桥梁动力相互作用研究需要面对的问题,也即是车辆-桥梁耦合系统动力学与控制问题,本文的研究工作就是针对如何解决这一问题而展开,主要内容如下:1、基于车辆-桥梁耦合系统动力学理论,以MATLAB/Simulink及ANSYS作为仿真工具完成了车辆-桥梁耦合系统动力学仿真分析的二次模型化工作,构建了车辆-桥梁耦合系统动力学仿真平台——SimVB。2、以MATLAB/Simulink作为仿真工具,建立了车辆主动悬挂数字化测控系统仿真模型,由于SimVB仿真平台的面向对象特性所以可方便的将其与SimVB仿真平台进行集成,从而实现车辆-桥梁耦合系统动力学与控制一体化仿真。3、运用线性矩阵不等式(LMI)求解方法设计了车辆横向主动悬挂H∞鲁棒控制器,利用集成了主动悬挂测控系统的SimVB仿真平台,以横向主动悬挂车辆与下承式64m钢桁桥动力相互作用问题为例,进行了车辆-桥梁耦合系统动力学与控制一体化仿真分析,对主、被动悬挂车辆与桥梁动力相互作用特征进行了比较,同时对与主动悬挂控制水平及鲁棒性能密切相关的作动器控制力权重、传感器反馈信号噪声、车辆模型参数误差等叁种因素对横向主动悬挂车辆与桥梁动力相互作用行为影响进行了仿真分析。
吴宁[6]2006年在《铁道车辆横向半主动悬挂控制方法的研究》文中研究表明悬挂系统的减振性能直接关系到铁道车辆的乘坐舒适度。通过设计合适的悬挂系统改善高速列车的乘坐舒适度，是一种经济、有效的途径，对我国目前正在进行的列车提速具有重要意义。 主动悬挂和半主动悬挂具有很好的发展前景，是近年来铁道车辆领域内的研究热点之一。本文以单节车辆为研究对象，对铁道车辆横向主动悬挂和半主动悬挂采用天钩阻尼控制和H_∞控制两种控制方案进行了研究。 本文阐述了天钩阻尼控制和H_∞控制对车体振动的控制原理，基于理论分析设计铁道车辆横向主动悬挂的控制器。利用ADAMS软件建立了铁道车辆的仿真模型，采用计算机仿真的方法对两种控制方案进行比较和分析，总结出了控制器各个参数对振动控制性能的影响。其中，半主动悬挂的仿真采用了磁流变减振器的数学模型。仿真结果表明主动悬挂能够很好地抑制车体振动，半主动悬挂对车体振动的控制效果要差于主动悬挂，但优于被动悬挂。此外，提高控制器的振动控制效果总是以降低系统的鲁棒性为代价的。由于半主动悬挂只能近似实现控制器要求的目标悬挂力，因此振动控制效果较好的控制器对应的半主动悬挂的振动控制效果未必好。控制器的设计须在减振性能和鲁棒性能之间进行折中考虑。 在车辆振动试验台上对横向半主动悬挂进行了试验研究，采用磁流变减振器作为可控减振器。比较和分析了车辆横向半主动悬挂采用天钩阻尼控制和H_∞控制两种控制方案的试验结果。从试验结果来看，本文实现的半主动悬挂和匹配最优的被动悬挂的减振性能接近，但半主动悬挂对簧上质量共振区内振动的控制效果较好。这表明试验的处理过程是比较合理的，试验结果基本体现出了半主动悬挂对于车体振动的控制效果。
刘震[7]2007年在《车辆液压主动悬挂系统建模与控制》文中进行了进一步梳理主动悬挂凭借其巨大的技术优势、广阔的应用前景,从诞生之初就倍受青睐,被称为代表未来车辆悬挂趋势的技术。特别是近些年来,它更是成为汽车工业领域的研究热点。同时,主动悬挂技术本身面临着巨大的技术挑战,在动力学、控制与应用方面有很多问题等待研究。本文针对车辆液压主动悬挂的建模与控制的相关问题进行了较为系统和深入的研究,包括液压主动悬挂的模型建立、最优控制与Backstepping方法相结合的级联控制、悬挂系统不确定性的自适应控制以及引入乘客-座椅模块后的悬挂系统分析。主要研究成果如下:1、车辆液压主动悬挂系统的非线性模型的建立。本文在深入研究液压作动器动力学的基础上,为了全面分析主动悬挂性能,从简单到复杂依次建立了详尽的二自由度1/4车辆悬挂模型、四自由度半车(1/2车)俯仰悬挂模型、七自由度全车悬挂模型以及考虑了乘客-座椅的六自由度半车俯仰悬挂模型。2、根据悬挂系统的结构特点,将系统分为外环和内环两个部分。在线性的外环,利用最优控制来实现对车体垂直振动加速度、悬挂行程以及轮胎动载荷的多目标控制需求;在内环则利用Backstepping方法对液压作动器所带来的非线性项进行补偿。从而提出了最优控制与Backstepping方法相结合的级联控制策略,并通过在所建立的主动悬挂模型上进行的仿真验证了其有效性。3、考虑到建模误差是不可避免的,对模型参数不确定性带来的影响进行了研究。并以作动器时间常数作为未知参数,在系统的内环采用自适应Backstepping方法设计了新的控制律以及参数更新律,有效的解决了非线性和参数不确定同时存在的问题,文中的理论证明和仿真结果都很好的验证了这一点。4、采用自适应增益调度控制策略设计了路面输入自适应控制器。该策略利用系统加速度的变化来估计路面输入,从而选择预先离线计算的相应路面输入的控制增益。仿真结果表明,它可以很好的满足变化的路面状况要求,进一步改善了悬挂性能。5、分析了乘客-座椅模块带来的影响,首先利用前面所提出的级联控制策略进行了控制设计与仿真,并在其基础上对轴距预见控制进行了研究。结果表明:在系统中引入乘客-座椅动力学使得模型更贴近实际的车辆,在控制设计中可以直接用乘客的运动响应来体现乘坐舒适性,性能评价指标更加明确;利用轴距预见控制则可以进一步提升主动悬挂性能,特别是对后悬挂作用明显。总之,本文以理论分析与仿真计算相结合的方式,对车辆液压主动悬挂的动力学、模型建立与控制设计进行了有益的研究和探讨,提出了若干解决液压主动悬挂控制与实际问题的方法,对于其它类型主动悬挂的相关研究也具有借鉴意义,希望能为主动悬挂技术的理论研究和实际应用提供一定的技术参考。
闫鹏[8]2007年在《高速单动车厢主动悬挂动力学建模及计算机仿真》文中研究指明高速单动车厢是一种集高速、快捷、舒适于一体的新型铁路技术，代表了未来铁路技术的发展方向。本文对高速单动车厢系统的主动悬挂部分进行了理论推导、总结和计算机仿真等一系列的研究，为进一步对高速单动车厢系统的主动悬挂系统的控制部分硬件及其相关产品的设计提供了理论基础。通过分别使用牛顿法和拉格朗日方程法建立车厢的系统模型。使用牛顿法建立二自由度1／4车模型，使用拉格朗日方程法建立五自由度的1／2车模型。分别得到系统的动力学方程，并且用状态空间表达式来表示。综合考虑轨道不平顺性等各种相关因素，得出主动悬挂作动器的输出规律，使用Matlab模拟仿真出没有添加作动器情况下，也就是传统被动悬挂状态下系统的各种特性曲线，作为后面的仿真验证参考。最优控制理论的角度来分析并得到作动器的运动规律，或者是控制器的输出规律。使用叁维造型软件Solidwork建立系统实体模型，以观察各个部分的相互装配情况。使用仿真软件MSC.Adams／Rail建立动力学仿真模型，系统地分析MSC.Adams／Rail创建模板的基本流程、步骤以及建模的基本原理方法。并详细说明针对高速单动车厢系统使用MSC.Adams／Rail建模的主要步骤，从轮对到悬架，同时添加各种附件，直至成为一个完整的装配体。系统仿真模型的建立为下面的系统动力学仿真提供了必要条件。使用此模型进行动力学仿真，分别仿真出车体质心加速度、速度、位移，转向架速度、位移和前后部轮轨垂向、横向、纵向受力曲线，同时相关的曲线同Matlab仿真曲线相比较，得出此模型真实可信的结论。随后在此模型中添加作动器，在主动调节下进行仿真，并且仿真出一系列曲线。对两次仿真的结果进行对比和分析，最后得出结论：采用主动悬挂可以有效地改善高速单动车厢系统的动力学性能。
李呈祥[9]2014年在《高速列车运行横移及侧滚姿态主动控制研究》文中提出近几年来,我国高速铁路建设发展迅速,对列车运行的安全性和舒适性要求在不断提高,由于车速的提高、车辆自身结构特点、轨道不平顺激扰、风力及空气动力等因素的存在,高速列车姿态调节与振动控制问题日益突显,开展相关研究很有必要。车辆的悬挂系统因其具有支撑、导向、隔振、减振的功能可以改善其动态性能,并保持列车运行的平稳性。然而采用被动悬挂系统的列车不能根据车辆自身及运营条件的变化,自主地调节悬挂系统的刚度和阻尼,其性能具有一定的局限性,因此人们越来越多地开始研究基于主动悬挂的列车运行姿态控制技术,来实现运营品质的进一步提升。本文针对高速列车运行横移、侧滚姿态主动控制问题的研究工作主要集中在以下几个方面：(1)考虑了列车运行过程中悬挂参数的未知时变性、轨道不平顺激扰噪声、不同运行环境下外部扰动不确定性等因素,通过动力学分析建立了列车车体、转向架横移-侧滚四自由度系统模型。所建立的模型精确性较强,更加充分地反应了系统的实际运行情况。基于此模型,分别在直线轨道和曲线轨道下进行了初步的仿真分析,归纳了不施加控制作用时原车在被动悬挂下的一些运行特性。(2)基于神经网络分别设计了依赖于系统增益矩阵和不依赖于系统增益矩阵的控制器。二者对建模时所考虑的系统参数未知时变性及轨道、环境所致外部扰动不确定性等因素均拥有良好鲁棒性,而且后者在设计过程中通过变换李雅普诺夫方程形式克服了系统模型中增益矩阵的非对称正定性带来的困难,最终使控制器不需要系统增益矩阵,结构简单,计算量小,易于实施。两种控制器中神经网络权重在线调节律或参数的自适应律是在确保整个闭环系统稳定的前提下获得的,并且控制器的稳定性通过Lyapunov稳定性理论进行了证明。(3)将作动器可能出现的非完全失效故障考虑进来,设计了神经网络自适应容错控制器,使所设计的控制策略更具实用性,而且对具有类似模型特点的系统具有参考价值。针对直线、曲线两种不同的轨道线路条件进行了MATLAB数字仿真,结果表明所设计的控制策略能够使车体、转向架的横移、侧滚姿态达到期望的控制目标,验证了控制算法的有效性。
饶大可, 刘少军[10]2004年在《基于11自由度列车车辆模型的主动悬挂预见控制研究》文中提出讨论了预见控制在列车车辆主动悬挂系统中的应用 ,分析了预见控制的设计方法 ,指出如何利用未来信息 ,在一个 11个自由度的列车车辆模型的基础上对预见控制进行仿真研究 ,结果表明预见控制具有良好的控制效果
参考文献：
[1]. 基于多体动力学理论的车辆主动悬挂的控制策略研究[D]. 朱浩. 中南大学. 2006
[2]. 基于车辆模型的铁道车辆主动悬挂预见控制研究[D]. 饶大可. 中南大学. 2003
[3]. 高速车辆横向振动半主动控制系统研究[D]. 杨建伟. 铁道部科学研究院. 2006
[4]. 高速列车横向主动、半主动悬挂控制研究[D]. 陈春俊. 西南交通大学. 2006
[5]. 高速铁路车辆—桥梁耦合系统动力学与控制一体化仿真研究[D]. 曹志峰. 中国铁道科学研究院. 2010
[6]. 铁道车辆横向半主动悬挂控制方法的研究[D]. 吴宁. 铁道部科学研究院. 2006
[7]. 车辆液压主动悬挂系统建模与控制[D]. 刘震. 国防科学技术大学. 2007
[8]. 高速单动车厢主动悬挂动力学建模及计算机仿真[D]. 闫鹏. 青岛科技大学. 2007
[9]. 高速列车运行横移及侧滚姿态主动控制研究[D]. 李呈祥. 北京交通大学. 2014
[10]. 基于11自由度列车车辆模型的主动悬挂预见控制研究[J]. 饶大可, 刘少军. 交通与计算机. 2004
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