基于GPS定位原理的轨道外部几何参数测量系统

 利用GPS 定位全天候、高效率、低成本的特性,设计出一种新型的轨道外部几何参数测量系统.该系统由卫星系统、加载接收机的轨检仪、控制网和GPRS 发射站组成.测量前,先构建边连式同步图形扩展式带状轨道监测控制网,并在现有的轨检仪上加载GPS 接收机.测量过程中,轨检仪沿轨道运动:GPS 控制网中4 个GPS 基站与轨检仪上GPS 流动站实时采集定位信息;定位信息经双差处理和整周模糊度解算后,得到RTK(real-time kinematic)观测量,确立轨道中心线;结合轨检小车测出的轨道内部几何参数和轨道中心线,解算出轨道高程.静态实验与外场试验结果表明:该测量系统自动化程度较高,静态观测误差在0.5 mm 以内,动态误差在15 mm 以内,完全能够满足轨道外部几何参数高精度测量的要求.     

无砟轨道轨向动静态轨向数据的差异性的时频域解释

轨道平顺性控制依赖于轨道检测。工务实践中,轨道动静检数据幅值常不一致,直接影响了对超限病害的诊断。从动静检的原理出发,分析了以轨检车为代表的动检系统及以轨检仪为代表的静检系统的系统传递函数,并利用待定系数法推导了长波不平顺的扩展算法。认为:动静检轨向偏差的主因在于两套系统的幅频特性的差异,静检幅值一般大于动检幅值。     

基于正则化RBF的轨道不平顺在线监测系统研究

为了得到列车行进过程中准确的轨道不平顺状态,提出了一种基于以太网的轨道平顺度车载实时动态监测系统,分析了系统的结构和检测原理,通过惯性基准法利用激光位移传感器和振动加速度传感器对轨道不平顺度数据进行采集,基于两传感器数据融合时间不同步、数据率不一致的特点,提出了利用正则化RBF （径向基函数）网络拟合的算法,该方法可以将不同传感器测得的不同采样周期的数据对准到同一时间点上,得到轨道不平顺结果。将拟合值和真实值进行比较,正则化RBF拟合和常规方法拟合的平均相对误差分别为1.9％和3.7％,均方误差分别为0.41和2.35,相比之下,正则化RBF网络拟合效果更好。结果表明该系统能够更真实的反应轨道的动态不平顺。     

基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测系统

研究了基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测方法,集成激光跟踪仪、轨检小车(位移传感器和倾角传感器)、靶球及靶球支座等硬件设备,开发了轨道静态平顺性检测系统软件,建立了基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测系统(TDS).在上海地铁13号线某区间,利用TDS进行了轨道静态平顺性检测试验,并采用SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪进行了对比测量.TDS测量系统轨道检测数据结果与SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪测量结果基本一致,验证了TDS测量系统可行性.     

客运专线轨道不平顺功率谱分析

轨道不平顺是车辆振动的主要激扰源,也是限制列车最高运行速度的主要因素之一,直接关系到列车运行的平稳性、安全性和舒适性。文章以秦沈客运专线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用FFT方法进行样本空间的谱估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度。基于轨道不平顺样本的总体平均,得出了谱密度频率平滑曲线和谱密度曲线拟合表达式,并与我国重载提速干线的谱密度曲线进行了对比分析。在此基础上,对秦沈客运专线的轨道状态进行了评估。     

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.     

基于危险点分布比率-SVM分类的轨道不平顺峰值安全域估计

基于数据分类的思想,通过获取仿真数据进行高速铁路轨道不平顺峰值安全域估计,得到不同速度下的不平顺峰值安全域边界.首先,利用Simpack软件建立高速客车车辆动力学仿真模型,以2种不同水平轨道谱的不平顺作为激励,获取高低和轨向不平顺幅值数据以及脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力等安全性指标数据,并依据一定的安全性评判准则将幅值数据标记为“安全”或“危险”2类;其次,鉴于直接利用SVM进行不平顺幅值数据分类困难的情况,提出一种基于危险点分布比率和SVM相结合的分类方法,极大地降低了分类难度,提高了分类效率,获得了最佳分类面;最后,将试验结果与国内外轨道不平顺峰值管理标准进行比较.结果≯ 月:本文提出方法有效,可为高速铁路轨道平顺状态的管理及标准制定提供参考.     

嵌入式汽车动态性能测试系统的设计

为改善汽车的操作稳定性、平顺性和制动性以及为后续的底盘调校提供理论依据,设计了一套以惯性导航技术为基础、能实时采集汽车动态参数并绘制出动态参数图像的车载式测试系统。系统中组合微惯性传感器将采集的x、y、z三轴线加速度和三轴角速度的数字信号通过蓝牙模块传输到嵌入式设备,由编译的嵌入式软件对角速度和加速度进行姿态解算、积分处理;然后保存三轴线加速度、三轴角速度、三轴角度数据;并在嵌入式设备上绘制出汽车动态性能曲线图。蛇形道路试验结果显示,本测试系统测量出车辆行驶速度为17.5 km/h,横摆角速度在-25°/s~25°/s之间波动,侧倾角在-2.0°~2.5°之间波动。对比现行测试系统试验结果,本测试系统的侧倾角均方根误差为0.068 3°,横摆角速度均方根误差为1.294 0°/s,充分说明本测试系统所测量的的姿态角、角速度、速度是稳定可靠的,同时其操作过程简单、便于携带、集成度高,因此本系统具有较好的应用前景。     

无砟轨道复合不平顺对高速行车的影响

轨道复合不平顺是由多种垂、横向不平顺叠加而成的复杂随机波,是影响轮轨动态作用和行车稳定的重要因素.为研究高速铁路无砟轨道复合不平顺对行车品质的影响,考虑轮轨间复杂接触关系建立了车辆轨道空间耦合动力学模型,分析了轨向-水平、轨向-高低、轨距-水平、轨距-高低4种复合不平顺的动力影响.结果表明:随着复合不平顺幅值的增加,轮轨力、车体加速度、轮重减载率、脱轨系数等均会增大;轮轨力、舒适性指标和安全性指标随着复合不平顺波长的增大而减小;复合不平顺幅值组合变化时,车辆动力响应对水平、高低不平顺幅值变化的敏感程度高于轨向、轨距不平顺幅值变化.长波不平顺激扰频率与车体自振频率一致或接近时,车体会出现一定的谐振,垂、横向振动加速度有所增加.     

轨道不平顺短波分量对列车-简支梁桥耦合振动的影响

轨道不平顺作为车-桥耦合振动的主要激励源,直接影响桥梁及高速列车运行的安全性和舒适性.为研究轨道不平顺中短波分量对列车-简支梁桥耦合系统动力响应的影响规律,以高速铁路32m简支箱梁为例,采用德国高速低干扰轨道不平顺谱生成轨道不平顺样本,建立了列车-轨道-桥梁耦合系统空间动力学分析模型.对比分析了5种不同最短截止波长的轨道不平顺样本对耦合系统振动响应的影响规律.研究结果表明:轨道不平顺样本中1m左右的短波长分量会显著增加轮轨力、轮重减载率、脱轨系数和桥梁跨中加速度,但对桥梁跨中位移、轮轨偏移量和车辆振动加速度的影响较小;1~2m的短波长成分是引起轮重减载率超标的主要因素,减少轨道不平顺中1~2m的短波长分量可以有效提高列车行车安全性指标.     

高精度石英振梁加速度计频率采样系统设计

设计一个高精度频率采样系统对惯性导航系统中的3路石英振梁加速度的信号进行快速采集.首先分析振梁加速度计的测量原理和误差来源,然后采用基于FPGA的SOPC技术与Verilog语言编程实现数据采集,最后在实际导航系统中进行了大量的试验,结果表明,系统以100 Hz运行稳定,采样精度达到了1 mg.     

基于惯性传感器的空中运动轨迹识别与实现

为了实现在空中手写的人机交互方式,给用户带来一种新型的人机交互体验,设计了一种基于惯性传感器的空中手写轨迹识别系统。系统主要包括数据采集滤波模块、四元数法坐标系转换模块、积分获取测量轨迹模块和神经网络识别模块四部分。本文在原始数据采集和积分获取轨迹两个环节采用卡尔曼滤波算法。为了验证系统的准确性,以在空中书写数字8为例,经卡尔曼滤波后在空间范围内的轨迹完整、清晰,对数字0-9轨迹的捕捉也验证了这一点。设计了AlexNet神经网络迁移学习模块进行轨迹识别,实验结果表明,识别准确率为87.3%,轨迹识别度较高,达到了预期效果。     

光电轴角编码器转角精度检测装置研究

为实现对光电编码器转角精度检测、动态数据采集、实时数据传输与误差矫正,本文提出了一种检查装置可以极大地提高检测效率,并可以在线校正编码器精度。首先,采取了多面体及激光自准直平行光管为检测设备的主要仪器,在计算机自动检测并传输的模式下,完成检测与数据采集的过程;然后,对采集数据进行误差计算,并对数据进行分析矫正;经过多组数据采集实验,装置在检测编码器的转角精度时,能够高速、实时的完成数据的传输及计算工作。本装置具有检查速度快、使用方便等优点,减少了人为误差,提高效率6倍以上,可以用于多种型号编码器的检测。可以在检测编码器转角精度时广泛应用,满足编码器转角精度的检查机数据采集系统设计和使用要求。     

面向对象的惯导系统实时故障检测与诊断

针对一大型复杂惯性导航系统,构造了用于地面闭环动态测试中的实时故障检测与诊断系统．通过利用惯导系统的原理性、结构性知识和专家经验性知识,采用面向对象的方法有效表示了系统中的深、浅层知识．为了实现系统在闭环运行时的实时故障检测与诊断,笔者讨论了惯导系统特征向量的选取和时变知识的表达方法,并采用了检测与诊断分层的推理控制策略．通过实时检测系统中有限个重要特征向量在系统运行过程中的变化,对故障进行检测,然后根据检测结果决定故障诊断的范围和方向．此系统用于某型惯导系统的三通道动态测试,实际结果表明了所建造诊断系统的有效性．     

小型无人机导航系统硬件设计

为提高某小型无人机导航系统的信号综合能力,结合低成本的设计思想,给出了某无人机导航系统的硬件设计方案。研究了惯性导航数据的采集过程。安排了17路数据的采集通道和采集时序。利用DSP丰富的串口资源,为硬件系统与半物理仿真平台及实际飞行器双方面的通信留出了接口。缩短了无人机的开发周期。通过半物理仿真实验,检验了硬件系统的实时性与准确性。该系统体积小、功耗低,可实现捷联惯导与GPS组合导航对外部数据的需求。具有一定的工程应用价值。     

沪宁线轨道不平顺谱的分析

对国外不平顺标准谱和我国轨道不平顺统计谱进行对比,根据沪宁线的线路不平顺检测数据进行谱分析,得出沪宁线的轨道不平顺谱与美国5级铁路的不平顺谱相接近,但方向不平顺谱值较大.利用相干函数分析轨道不平顺与车体垂向和水平振动之间的关系,得出垂向振动有两个主要振动频率,其中一个频率的振动与轨道不平顺相干度较高,车体水平振动加速度有一个振动主频,也与轨道的水平不平顺具有较高的相干性.最后,建议将轨道不平顺谱作为控制轨道质量的指标之一.     

基于FPGA的模数混合编帧的采集系统

介绍了一种以FPGA为核心逻辑控制模块的数据采集系统的设计。设计中采用了16位的AD8405作为模数转换器,FPGA作为中心逻辑控制模块,对弹上的不同速率的模拟信号与接收的数字信号进行采集,并将采集的信号通过数据帧格式的形式混合编帧和存储,再通过串口完成与上位机的通信。FPGA模块采用VHDL语言进行设计。该系统在测试状态下通过地面测试系统对该采编器的采集过程进行实时监测,并对其功能进行检测。     

大型养路机械车载数据采集系统的设计

为解决大型养路机械中信号采集和处理的需求,设计了多通道多模式数据采集系统,以SAM9X35为核心,以大容量DDR2为数据缓存,将采集到的数据采用CAN总线传至上位机,下位机模块可以进行在线升级．整体方案包括系统电源管理模块的方案．CAN通信接口电路以及下位机数据采集模块的设计与实现．根据系统的复杂性和多任务性,采用μC／OS—II实时操作系统,开发了数据采集和预处理程序．     

基于改进迭代模型的车-桥耦合系统竖向随机振动研究

采用改进的车-桥耦合系统迭代计算模型,建立了基于虚拟激励法(PEM)的列车-轨道-桥梁竖向随机振动分析模型.采用虚拟激励法将轨道不平顺精确地转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加,并运用分离迭代法求解车-桥耦合系统振动方程.以CRH2高速列车通过5跨简支梁桥为例,对改进的车-桥耦合系统迭代计算模型的计算精度和效率进行了验证.结果表明:在保持与传统模型相同计算精度的前提下,改进模型能使计算效率提高5倍左右.通过对列车-轨道-简支梁桥竖向随机振动响应中确定性激励引起的均值和轨道不平顺引起的均方根进行分析可知:桥梁竖向位移主要受列车自重控制,轨道不平顺引起的桥梁竖向位移影响很小;桥梁和车体竖向加速度受轨道不平顺影响显著,改善线路条件能有效提高列车的乘车舒适性;同时,车速越高,桥梁和车辆随机响应的均方根越大,由轨道不平顺引起的耦合系统振动响应的离散度越大.     

基于信息层的捷联惯导信号反演技术

针对惯性导航的器件价格昂贵且建模复杂,以及全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性定向定位导航系统(inertial navigation system,INS)组合导航对信息传递速度较慢的问题,提出了一种基于信息层的捷联惯导信号反演技术.在整理归纳了惯性导航中常用坐标系的定义后,首先给出了根据已知的原始目标的欧拉角进行姿态矩阵的计算;然后重点讨论了如何根据已知位置、速度和姿态矩阵,反演其比力、角速度;最后叠加误差得到仿真条件下的惯导器件测量值.仿真结果表明:从一段运动轨迹中反演得到的比力和角速度,是以信息帧格式模拟输出惯导器件测量值,再应用惯导方程进行验证,得到的结果误差符合惯导系统误差允许范围.