高速列车多速率主动悬挂预测控制算法研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________全日制专业学位硕士论文高速列车多速率主动悬挂预测控制算法研究学位申请人：陶晶学科领域：交通运输工程校内导师：曹青松副教授答辩日期：2015.06.14独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方

2、外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________摘要高速列车多速率主动悬挂预测控制算法研究摘要安全、平稳及舒适是高速铁路运输事业需要不断追求的目标。随着运行时速的提高，列车运行的安全稳定性和乘坐舒适度等运输服务品质将更依赖于悬挂系统的减振性能。这也意味着，只有达到更高性能标准和要求的悬挂系统才能适应铁路的高速发展。主动悬挂控制技

3、术能有效地改善列车的垂向和横向平稳性，是列车减振降噪相关方面的研究重点。然而，在以往的悬挂系统研究中，常常忽略系统各环节中存在着的采样频率间的差异和客观存在的时滞现象。本文在相关研究背景下，将时滞和多速率现象引入到高速列车主动悬挂系统中，开展主动悬挂控制技术研究，设计多速率悬挂系统控制器，以使悬挂系统减振性能更好地适应列车运行时速的提高。基于列车运行时受到的轨道方向不平顺和高低不平顺随机激扰，建立了包含车体的侧滚角加速度、前后转向架构架的侧滚角加速度等三自由度的横向振动以及车体质心的垂向加速度和点头角加速度、前后转向架构架质心的垂向加速度

4、和点头角加速度等六自由度的垂向振动耦合而成的九自由度高速列车连续时域主动悬挂系统动力学模型。采用离散化方法后，利用提升技术，并引入时滞，得到了单速率和时滞多速率悬挂系统模型。仿真分析了车辆采用被动悬挂（未加控制）时的系统振动输出情况，可以看出，时滞影响系统减振性能，导致系统响应速度降低，多速率比单速率系统具备更好的响应性能。采用Laguerre标准正交基函数MPC模型预测控制算法，分别为高速列车连续时域、离散单速率、离散多速率及时滞多速率主动悬挂系统设计相应的预测控制器。进行主动悬挂闭环控制系统仿真分析，通过对比分析车体质心垂向加速度、点

5、头角加速度和侧滚角加速度等输出响应的仿真结果，说明了多速率相对于单速率系统在控制性能上的优势及时滞对于系统响应速度与控制效果的危害性。采用最优控制与预测控制，将主动悬挂系统的侧滚振动控制输出情况进行对比，比较两种控制策略的控制效果，验证了预测控制实时优化特性的优越性。利用含磁流变阻尼器的车辆主动悬挂减振试验台，搭建起包含试验台、外界激励系统、测控系统和U/I电路转换系统等子系统的实验总系统。加入预测控制算法，开展振动控制实验，验证了试验台的减振效果和预测控制算法的有效性。从振动控制的响应速度与性能方面对比分析了单速率和多速率主动悬挂控制系

6、统的差异，实验结果基本吻合理论分析。关键词：高速列车，多速率，主动悬挂，预测控制，时滞IAbstractRESEARCHONPREDICTIVECONTROLALGORITHMOFHIGH-SPEEDTRAINMULTIRATEACTIVESUSPENSIONABSTRACTSafety,smoothnessandcomfortareconstantgoalsofhigh-speedrailwaytransportation.Withtheimprovementofrunningspeed,thetransportationservice

7、qualityoftrainrunningsecuritystabilityandridecomfortwouldbeevenmoredependentonthevibrationattenuationpropertyofsuspensionsystem.Itmeans,onlyhigherperformancestandardsandrequirementsofsuspensionsystemcouldbeadapttotherapiddevelopmentofrailway.Activesuspensioncontroltechnol

8、ogyistheeffectivewaytoimproveverticalandcrosswisecomfortleveloftrain,whichistheresearchemphasisf