机车车辆半主动悬挂控制策略的研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第l页摘要随着国民经济的快速发展，我国铁路己连续5次实施提速。但是随着旅客列车运营速度的不断提高，提速机车已暴露出一些新的动力学性能问题。而铁道机车车辆运行稳定性、平稳性和曲线通过性能是动力学性能的三个重要方面，合理的主动悬挂系统设计可以使三方面性能都达到最优。由于半主动悬挂系统不需要外界能源，消耗能量很少，控制机构简单，运行安全性高，而且当半主动悬挂系统失效时可以退化成一个被动系统。因此，半主动控制比主动控制结构更节能，性能更稳定、更安全，是一种比较实用的悬挂形式，对铁路的进一步提速有着重要的现实意义。而采用天棚阻尼半主动悬挂控制策略，只考虑

2、车体的平稳性，将其应用于半主动悬挂机车时，在车体的平稳性得到有效改善的同时，转向架和轮对的动力学性能变差，这是天棚阻尼半主动悬挂自身存在的弊端。因此，本文采用最优控制的方法，综合考虑车体平稳性、转向架和轮对的动力学性能，对半主动悬挂的控制策略进行了系统研究。首先建立了半主动悬挂机车二自由度的数学模型，并推导出系统的状态方程；其次，采用线性二次型最优控制方法，把车体的加速度和转向架的加速度同时作为性能指标，利用Matlab软件编写相关程序，选择合适的Q和R，使其性能指标达到最小，并用Matlab中的Simulink工具对其进行仿真计算；然后，为验证该方法在非线性系统中的有效性

3、，利用动力学仿真软件Simpack，建立了简单的二自由度被动悬挂模型和采用最优控制的半主动悬挂模型，并对其进行仿真运算；再次，建立整车的被动悬挂模型和采用天棚阻尼与最优控制的半主动悬挂模型，将其动力学仿真结果进行对比分析：最后，建立不替代型半主动悬挂整车模型，即其可控减振器不替代原横向减振器，并将其与替代模型进行对比。对比仿真结果表明，采用最优控制的半主动悬挂，可以有效的改善天棚阻尼半主动悬挂自身存在的弊端，在有效改善车体平稳性的同时，转向架和轮对的动力学性能也不会变差，从而可以在转向架和轮对的动力学性能不变差的前提下，改善车体的平稳性。关键词：半主动悬挂；控制策略；机车；

4、最优控制；可控减振器西南交通大学硕士研究生学位论文第l

5、页AbstractWiththerapiddevelopmentofnationaleconomy,Chineserailwayhasbeenincreasedspeedforfiveconsecutivetimes．Butwiththespeedincreasing，thespeeded-uplocomotiveshaveemergedinsomeHewproblemsondynamicsperformance．Stability,ridecomfortandcurvenegotiationarethemostimp

6、ortantaspectsofrollingstockdynamicperformance，andreasonableactivesuspensionCanmakethemoptimal．Semi-activesuspensionsystemhascheapercost，simplerstructionandhigherrunningsecurity,SOitismoresavingenergy,stableandsafethanactivesuspension，anditisapracticalsuspensionform,whichhasimportantpractic

7、alsignificance．However,theexistingskyhookdampercontrolstrategyconsiderstheridecomfortonly,sowhenapplyingittotherollingstockdomain，itimprovesthevehiclerunningstabilityeffectively,whilethedynanlicperformancesofthebogieandwheelsetschangethedifference,whichisthedisadvantageofsemi-activesuspens

8、ion．So，thesemi-activesuspensioncontrolstrategyisinvestigatedsystematicallyandtheridecomfort，thedynamicsperformanceofthebogiesandwheelsetsareconsideredsyntheticallybyusingoptimalcontrolmethodinthispaper．Firstly,a2DOFmathematicalmodelofsemi·activesuspensionlocom