基于Kalman滤波的弹性轨道上磁悬浮车辆控制方法

为研究弹性轨道上磁悬浮列车的车轨耦合振动问题,以单磁铁-弹性轨道梁系统为对象,搭建单磁铁悬浮系统的车轨耦合振动数学模型,利用Kalman滤波器的状态估计功能,设计出2种状态反馈控制器,对比分析2种控制策略下悬浮系统的稳定特性。基于MATLAB/RTW及dSPACE系统搭建弹性梁磁悬浮实时控制试验台,验证考虑轨道弹性的控制策略的有效性。研究结果表明:若不计轨道梁的阻尼作用,不考虑轨道弹性的控制策略无法实现对磁悬浮系统的稳定控制,但在给定轨道梁阻尼的前提下,提高轨道梁刚度也可以使得系统稳定;考虑轨道弹性的控制方法,即使不计轨道梁的阻尼,也能够使系统在较低刚度的轨道梁上稳定悬浮。     

跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集频率分析

针对跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集时,振动信号采集频率会对车轨耦合动力响应数据处理结果产生影响,利用有限元分析软件建立跨座式单轨车轨耦合系统模型,探究不同车速下车辆与轨道梁振动响应随振动信号采集频率变化的趋势,进而得出适宜于车辆与轨道梁振动信号采集频率范围。研究结果表明：若振动信号采集频率过低,会导致车轨耦合振动响应结果失真,采集频率过高,对结果的精度提高效果并不明显;车辆振动信号采集频率宜不低于200 Hz;轨道梁垂向、横向振动加速度信号采集频率最低值分别为600 Hz和1500 Hz,且车速越高,振动信号采集频率对轨道梁振动加速度结果准确性影响越大。     

基于预先补偿和全状态反馈控制的车-轨耦合振动抑制

以高速磁浮列车为研究对象,探讨了弹性轨道下的车-轨耦合振动问题。建立了能反映实际问题的车-轨耦合最小悬浮单元模型,并进行了开环系统稳定性和耦合振动机理分析。以弥补比例-积分-微分（PID）控制器有效信息利用不足为出发点,设计了基于预先补偿的全状态反馈控制器。通过仿真分析了反馈增益矩阵对系统跟踪性能和振动抑制能力的影响,提出了适当降低对悬浮间隙的要求换取振动抑制能力提升的思路。进一步分析了反馈系数对悬浮系统性能的影响规律,基于此得到了优化的预先补偿和全状态反馈控制框架。最后,通过实验验证了基于预先补偿的全状态反馈控制对抑制车-轨弹性耦合振动的有效性。     

高速磁浮车-轨耦合系统动态机理与振动响应

对高速磁浮车-轨耦合系统进行动态机理和振动响应研究。首先,对高速磁浮中的各类耦合关系进行建模;其次,分别分析了动态和静态条件下的车-轨耦合作用机理;然后,建立了高速磁浮车-轨耦合动力学有限元模型;最后,对磁浮列车高速通过桥梁时轨道梁、功能件的动力响应和车-轨共振速度进行分析。结果表明：高速运行时车-轨作用频率不同,长时间共振速度下运行时车-轨振动明显增大;若桥梁动力放大系数小于1.2,则基频比最小值为1.16;若桥梁动力放大系数小于1.3,则基频比最小值为1.04。     

常导磁悬浮铁路磁轨关系研究

磁浮车辆与轨道梁相互作用不同于轮轨列车在于电磁悬浮取代了轮轨关系,磁轨关系是磁浮系统动力学研究的关键.通过对有源主动控制的电磁悬浮力特性研究,探讨了电磁作用的基本规律,为线性化磁轨关系提供了理论依据,并通过动力学数值模拟表明这种处理具有足够的精度,为开展磁浮车辆与结构动力相互作用研究提供了基础.     

磁悬浮交通技术在我国的发展

本文阐述了磁悬浮交通技术在我国的研究水平,分析了上海磁悬浮运营示范线路的特点,归纳总结了磁悬浮系统的耦合动力的分析模型,并提出了磁浮研究中尚未解决的大跨度轨道问题。     

新型中低速磁浮车辆振动传递特性研究

随着磁悬浮技术的飞速发展,一系列问题随之而来,其中磁悬浮车辆的振动问题是无法忽视。为了优化某新型中低速磁悬浮车辆的振动传递问题,本文建立了新型中低速磁悬浮车辆刚柔耦合模型;考虑车体弹性模态,采用扫频激励法,研究了磁浮车辆在不同激励模式下,在不同的振动传递路径下,车辆悬挂参数以及车下设备悬挂参数对振动传递的影响,以及有源设备振动对车体振动的影响,并分析了新型中低速磁浮车辆的动力学表现;结果表明,新型中低速磁悬浮车辆主要振动频率有2.6 Hz, 9.2 Hz、12.1 Hz和17.4 Hz等;优化垂向减振器阻尼等悬挂参数能够较好地抑制车体振动以及获得更好的动力学性能表现,减小车下设备悬挂刚度可以抑制车下有源设备的振动传递。     

提速线路轨道不平顺波长的动力仿真

基于耦合动力学理论,利用有限元方法建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,输入不同截止波长的不平顺数据进行动力仿真计算,以确定轨道不平顺管理波长范围.高低不平顺主要影响车体的沉浮和点头运动,引起车体垂向加速度增大;轨向不平顺主要影响车体的侧滚和摇头,引起车体横向振动加速度增大.长波不平顺的影响主要体现在车体振动上,因此本文选定车体加速度作为确定不利波长的判定指标,对提速线路200km/h和250km/h速度下轨道不平顺波长管理的范围进行了探讨,并提出了提速线路轨道不平顺波长管理的建议.     

新型柱板式高墩大跨度刚构桥车-桥耦合振动影响因素分析

以黄韩侯铁路线纵目沟特大桥为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM动力学分析软件联合进行仿真分析.探讨桥梁结构刚度、行车速度、轨道不平顺以及货车编组情况等因素对新型柱板式高墩大跨度刚构桥梁车-桥耦合系统的影响.研究表明:桥梁横向刚度的减小对车-桥耦合系统的横向振动影响比较明显,对其竖向振动影响较小;桥梁竖向刚度的改变对车-桥耦合系统的竖向振动影响较为显著,对其横向振动影响较小;轨道不平顺的增加将导致车-桥耦合系统振动明显加剧;空载货车的横向稳定性较重载货车的弱,易发生脱轨事故.     

轨道结构上轮对相互影响系数的解析求法

为了建立更合理的频域车轨耦合模型,提出一种求解移动荷载状态激振下轨道结构上轮对相互影响系数的解析方法。该解析方法视离散支撑轨道结构为周期性的结构,首先在与列车轮载同速的移动坐标系下对Dirac荷载作用下钢轨的振动控制方程进行系列积分变换,并将影响系数化简为含有钢轨垫片中频域力的表达式,而后以传递矩阵方法求得该频域力,进而最终求得轮对的相互影响系数。研究结果表明:该方法计算准确度高,计算速度快,能很好地应用于频域车轨耦合模型中;列车在高速时采用定点荷载状态激振会产生较大误差,此时宜使用移动荷载状态激振。     

考虑基础激励输入的柔性磁悬浮控制系统

设计了基于全状态反馈的考虑轨道板振动的柔性磁悬浮控制算法,并与传统的不考虑轨道板振动的刚性控制算法进行比较。分析了轨道板刚度对磁悬浮系统稳定性的影响,探究了存在轨道基础激励时不同控制算法下的磁悬浮系统响应。结果表明:不考虑轨道板振动的刚性控制器对轨道板刚度的要求很高,并且对轨道基础激励敏感,极易造成振荡和失稳;考虑轨道板振动的柔性控制算法对轨道板刚度要求低,在基础激励作用下稳定性仍旧能够满足要求。     

观测器补偿的永磁同步电机电流环多变量滑模控制

永磁同步电机电流环具有强耦合特性,提出了一种基于观测器补偿的多变量滑模电流环控制策略。该方法建立了一个含有不确定量的电流环控制模型,提出一种多变量滑模控制实现永磁同步电机的d-q轴电流解耦控制,可获得很好的电流响应性能;针对电机系统的参数摄动、负载扰动等因素,设计一种降阶观测器实现速度扰动补偿方法。同时,构造李雅普诺夫函数从理论上分析了系统稳定性的条件。经过永磁同步电机实验平台验证,与常规PI控制策略相比,本文所提出的方法获得更快的电机调速能力,更高的调速稳态精度,同时d-q轴电流响应过渡过程更短且精度更高。     

四阶电力系统混沌分析与新型滑模控制

电力系统的混沌现象对电网的安全稳定运行构成了极大威胁,本文研究了含扰动项的四阶电力系统模型的混沌控制问题.首先,利用Lyapunov指数谱及分叉图等分析了参数变化对系统动力学行为的影响规律.然后,基于系统稳定性理论,提出了一种新的将非线性光滑函数作为滑动控制律的反演滑模控制方法,以削弱传统滑动控制律引起的系统抖振.选取不同的函数作为控制目标,采用MATLAB软件进行数值仿真,结果表明：不论目标函数如何改变,控制器都能够使受控电力系统从混沌状态快速稳定至目标轨道,并且有效抑制抖振.     

车载磁悬浮飞轮状态空间分析及H∞控制研究

为了提高磁悬浮飞轮电池控制系统在电动汽车上应用时的鲁棒稳定性,并改善电动汽车原动力电池放电性能,对电动汽车车载磁悬浮飞轮电池进行状态空间分析,求解出车载磁悬浮飞轮电池的状态空间方程,并提出一种基于该状态空间方程的车载磁悬浮飞轮电池用H∞控制方法.仿真分析和试验结果表明该H∞控制方法具有很强的鲁棒稳定性和良好的抗干扰、抗摄动能力,有助于车载磁悬浮飞轮转子高速稳定转动,降低电动汽车基础振动对飞轮电池影响.所研究的磁悬浮飞轮电池储能系统可辅助电动汽车原动力蓄电池工作,并可改善原动力电池的放电特性,延长该动力电池的使用寿命.     

磁浮列车悬浮系统的反步控制方法及实验研究

电磁铁的悬浮控制技术是磁浮列车最关键的核心技术之一.但是悬浮系统受到本质非线性和开环不稳定的影响,其控制器的设计一直存在难点和挑战.针对磁浮列车系统的稳定悬浮控制问题,设计了基于反步(Backstepping)法的非线性控制器.首先建立单点悬浮系统的非线性动力学模型,然后利用反步法将系统分成2个子系统并分别对每个子系统提出Lyapunov候选函数.在第一个子系统中设计虚拟控制量,并代入二级子系统的Lyapunov函数中获取出整个系统的控制器,接着利用Lyapunov理论验证系统的稳定性.同时,通过仿真证明:所提出的控制方法不仅具有更好的动态和稳态表现,而且能很好的抑制干扰对悬浮系统的影响.最后通过实验验证了该方法的有效性和可行性,在磁浮列车的悬浮系统方面具有良好应用前景.     

基于RBF神经网络的非线性磁悬浮系统控制

磁悬浮系统是一个典型的不确定、非线性系统.由于磁悬浮系统的复杂性很难建立精确的数学模型,采用RBF神经网络(RBFNN)对非线性磁悬浮系统进行辨识,再根据神经网络自适应控制原理设计了非线性磁悬浮系统的神经网络自适应状态反馈控制器与自适应PID控制器,并利用MATLAB进行了仿真.仿真结果表明,神经网络自适应控制能很好地控制本磁悬浮系统;神经网络自适应控制器对于此非线性磁悬浮系统位置具有良好的控制效果,该控制系统具有较好的稳态特性和控制特性.     

基于Lyapunov稳定性理论的磁流变半主动悬架整车控制

研究了1种磁流变减振器半主动悬架整车控制策略。对每个车轮的悬架系统，以一理想的Skyhook半主动悬架系统作为参考模型，用Lyapunov稳定性理论建立控制策略，使之追踪参考模型。以车体的俯仰角和侧倾角为控制目标建立整车模型控制法则。结果表明：此控制策略比传统的Skvhook控制策略优越，能很好地追踪参考模型，对模型参数的变化有良好鲁棒性，他车身的速度、加速度降低10％。     

磁浮轨检车随机振动时域仿真

为了研究在动态测量过程中磁浮轨检车的随机振动对测量磁浮轨道几何参数精度和测量速度的影响，根据这一特殊车辆的结构特点和运动原理建立了整车振动五自由度模型．由于磁浮轨道不平度与高等级机场路面的相似性，采用了滤波白噪声作为轨道随机不平度输入．在MATLAB／SIMULINK环境中仿真了在磁浮轨道随机路面激励下车辆的时域动态响应，分析了车辆随机振动对采用激光三角法测量位移的精度影响．仿真结果表明车速10km／h时的测量精度满足实测时所要求的0．1mm．     

不确定Duffing混沌系统的自适应跟踪控制

研究了连续时间Duffing混沌系统在具有不确定性扰动时的自适应跟踪控制问题．基于稳定性理论,在系统存在有界扰动但扰动的界大小未知时,采用自适应控制方法,构造出一个自适应控制器,可实现系统的状态渐近跟踪预先给定的轨线．仿真进一步说明了该控制器的有效性．     

基于电容式微机械声学传感的纳米梁非线性振动控制

电容式微机械声学传感器(CMUT)具有高带宽、易集成阵列化、无需匹配层、灵敏度高等优点,利用CMUT器件检测纳米梁产生的声波信号,得到纳米梁的振动信息,将CMUT器件置于纳米梁下方作为振动信号检测传感器。应用静电反馈控制器,以Euler-Bornoulli梁为振动模型,提出基于CMUT传感的纳米梁非线性振动控制方法,建立纳米梁非线性振动微分方程,应用多尺度方法研究纳米梁的非线性振动控制。分析了控制增益等系统参数与纳米梁非线性振动之间的关系,研究了改变系统参数来增强系统振动稳定性的方法。研究结果表明,选择合适的系统参数可以减弱甚至消除系统振动的非线性并增强系统的稳定性。