基于磁流变阻尼器的高速机车横向半主动振动控制研究

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1、基于磁流变阻尼器的高速机车横向半主动振动控制研究1,222马新娜杨绍普邸书灵（1.北京交通大学,机械与电子控制学院，北京市100044；2.石家庄铁道学院，石家庄，050043）摘要：在分析磁流变阻尼器Bouc_Wen立方修正模型及高速机车振动特点基础上，提出应用磁流变阻尼器进行机车振动控制，建立了基于磁流变阻尼器的17自由度高速机车横向半主动模型。针对模型的非线性特征，在简单模糊控制规则基础上，提出根据控制效果实时修正磁流变阻尼器输入参数的自适应模糊控制策略。在MatLab环境中进行仿真，结果表明：与被动控制、简单模糊控制相比，自适应模糊控制能有效

2、衰减机车横向振动；在低频阶段，尤其是对乘坐舒适度影响大的5~8HZ范围内能显著提高高速机车的平稳性和乘坐舒适性。关键词：高速机车，横向半主动悬挂，磁流变阻尼器，自适应模糊控制中图分类号：TP391.9;U270.11文献标识码：A1铁路机车运行中的振动是轨道不平顺，车辆自身磁流变阻尼器进行高速机车的振动控制时，如何设结构的特点及缺陷，运营中的加减速、风力及空气计控制策略才能保证阻尼器输出及振动控制具有动力等因素共同作用的必然结果。提速后，机车振较高精度，实现真正意义上的无级调节、实时控制动不可避免地加大。在振动控制领域中，由于半主成为一个难点。动悬挂

3、控制系统能够提供接近于主动悬挂控制系统为解决以上问题，本文以2B0机车为例，建立的性能，同时又无需复杂的控制结构和外加的动力了基于磁流变阻尼器的17自由度高速机车横向半源，近年来得到了国内外高度重视。在半主动悬挂主动模型，并采用New-mark补偿法对模型进行动力控制算法设计过程中，需要建立车辆的半主动悬挂学仿真运算。由matlab软件编写模糊控制算法，根控制模型。轮对、转向架和车体之间存在多自由度据机车的加速度、速度实时计算磁流变阻尼器所需的复杂运动，并且轮轨存在非线性耦合，难于建立的电流输入值。自适应调整器能根据控制效果，对车辆横向动力学精确模型

4、。即使能建立精确模型，电流值进行修正，使得系统具有一定自调整能力。也往往是高阶、多变量和非线性的。所建车辆模型1磁流变阻尼器分析很难达到既能比较真实地反映实际振动控制情况，[1]磁流变阻尼器的阻尼力受磁场强度、位移幅值又利于设计有实际应用价值的控制器。传统的半主动阻尼器大多不能实现阻尼力快速和激励频率等因素的影响．为了准确地描述磁流变连续调节，以磁流变液为工作介质的阻尼器在外加阻尼器的力学性能，研究者们提出了许多力学模磁场作用下，其阻尼力可在几毫秒之内实现无级调型，其中Bouc—Wen模型具有光滑过渡曲线，易于节，适合于实时控制，且能耗非常低，引起了

5、众多进行数值计算、通用性强。本文采用Bouc—Wen立[2]方修正模型。在该模型中，磁流变阻尼器的阻尼力研究者极大的兴趣。然而，由于磁流变液的动态[3]本构关系比较复杂，其动态阻尼呈现强非线性关系，为粘滞力与滞变阻尼力之和。力学模型原理如下磁流变阻尼器的数学模型都有很强的非线性。利用图1所示：基金项目：国家杰出青年基金项目资助（50625518）收稿日期：2008-修回日期：2008-作者简介：马新娜：女，博士研究生，讲师，1978年生。E-mail：maxinnamxn@yahoo.com.cnxF图1Bouc—Wen的立方修正模型磁流变阻尼器产生

6、的阻尼力表达式可表示为：图3速度—电流—阻尼力关系图F=c0x&+αz(1)由图3可以看到速度、电流、阻尼力的光滑过渡关系曲线。阻尼力随电流增大而增大，但增长并式1中，参数z为滞变位移量。33非线性，随着电流的进一步增加，阻尼力的增长幅z&=−γexp(x&)z−βxz+Ax&度有所下降，趋于饱和。磁流变阻尼器非线性特点参数α为滞变位移系数，参数A和α为加载在为控制策略的设计和分析带来了很大的困难。阻尼器上励磁电流I的函数。A(I)=119150.−5475I2横向半主动悬挂系统17自由度控制模型α(I)=2695.exp(I.0/83)从根本上说，

7、车辆横向振动是由轨道随机不平参数c0、γ、β对于固定的磁流变液和阻尼器是顺引起的，通过轮轨接触使横向随机激励传向车辆常数，通过实验验证，可以分别取值为600、500系统。轨道作用于轮对的随机激励可以分为两类：和1000，仿真得到速度—阻尼力的滞回关系曲线如一类是由轮轨几何关系引起的，有横向接触反力和图2所示。水平面内的接触反力矩；另一类是轮轨相对滑动引起的，有横向蠕滑力和纵向蠕滑力[4]。本文以四轴机车为例，磁流变阻尼器分别安装于前后转向架与车体之间，建立模型如图4所示。考虑悬挂系统成本和可靠性，仅在车体和前后转向架构架中心处安装横移振动加速度传感器

8、，但实际车辆行驶过程中，传感器输出还包括车体和构架的侧滚和摇头信息。图2速度—阻尼力关系图由图2的速度-阻尼