一种新型磁悬浮线路设计方案及悬浮控制方法

针对磁悬浮列车系统的车轨耦合振动问题,提出一种新型的磁悬浮轨道线路设计方案.为研究该方案的可行性,以单铁悬浮系统为研究对象,搭建了单铁系统在新型轨道线路上的车轨耦合振动数学模型,利用状态观测器,将磁轨的振动状态引入控制系统,采用状态反馈的方法设计出控制策略,分析了磁浮线路中各主要参数对系统稳定性的影响.结果表明,所提出的控制方法能够在忽略水泥梁的阻尼情况下依然保持系统的稳定;新型磁悬浮线路中电磁铁的响应与电磁铁相对于水泥梁的位置无关,易于控制器的设计及车轨耦合问题的彻底解决;增大磁轨的质量和减小磁轨垫板刚度有利于系统的稳定.     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于向量式有限元法的磁浮列车磁力耦合系统建模与数值分析

针对中低速磁浮列车悬浮系统,基于向量式有限元法建立可变刚度的高架轨道梁模型,同时基于牛顿力学方程建立车辆系统模型,并通过可控悬浮电磁力将2个模型耦合。以轨道梁的跨中位移、梁端转角、振动加速度以及悬浮间隙偏差值为重要指标,从所提出的车?桥磁力耦合模型出发,通过数值仿真得到磁浮列车及轨道线路相应结构构件的振动响应及位移变形响应规律。最后,通过全尺寸磁浮列车现场试验初步验证所提出的磁力耦合模型的有效性。     

EMS磁悬浮列车/非线性弹性轨道系统的动力学特性

建立了多车体EMS磁悬浮列车/非线性弹性轨道耦合控制系统的动力学模型.利用数值方法研究了三车体和单车体两类磁悬浮系统的动力学行为.结果表明:在运行的初始阶段,轨道对两类磁悬浮列车车体的动力响应存在很大差别.在相同的运行速度下,两类磁悬浮系统控制增益的稳定性区域不相同,进一步给出了使三车体磁悬浮列车系统保持稳定运动状态的控制增益与系统所能承受的最大悬浮干扰间的变化规律.     

复杂结构振动对磁悬浮轴承性能影响的研究

复杂结构的振动造成磁悬浮轴承相对运动控制系统的参考位置（基准）出现偏差,影响磁悬浮主轴的加工精度。因此,有必要预测、评估复杂结构的振动对磁悬浮主轴精度的影响。以弹性梁＋磁悬浮主轴为研究对象,通过建立系统模型和理论分析,得出弹性基础振动对相对运动控制磁悬浮主轴性能的影响规律。并得出结论：控制策略不能局限于相对运动控制,控制器的设计必须考虑复杂弹性结构振动的影响,将复杂结构的振动信号也作为反馈变量。     

高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响研究

为了研究高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响,分别建立单层和双层连续弹性支承梁动力学模型.在空间-频率域给出正弦稳态激励下弹性梁的动力学响应.分别定义沿弹性梁垂直方向的力传递率和水平方向的平均振动衰减率,对比高阻尼隔振器对弹性梁动态响应的控制效果.计算结果表明:相比常规线弹性支承,高阻尼隔振器可有效抑制弹性梁的力传递率幅值并增加弯曲波的空间传递衰减率;同时,梁-高阻尼隔振器系统固有频率大于梁-线弹性支承系统固有频率;通过调整高阻尼隔振器的安全系数ε和刚度比α,可优化弹性梁的力传递率和空间衰减率的有效工作频段和响应幅值.     

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。     

移动荷载列作用下多层梁系统的动力响应分析

为研究多层梁系统在任意移动荷载列作用下的动力响应,基于有限傅里叶变换,提出一种求解移动荷载列作用下多层梁系统动力响应的解析计算方法.利用本研究的解析计算方法分析了梁的抗弯刚度、层间阻尼及层间刚度对一跨长32 m的梁-轨系统动力响应的影响,分析结果表明:改变轨道抗弯刚度、层间刚度或层间阻尼对主梁跨中动力响应的影响可以忽略;随着轨道抗弯刚度、层间刚度或层间阻尼的增大,轨道的跨中动力响应都缓慢减小;随着主梁抗弯刚度的增大,轨道及主梁的跨中动力响应均显著减小.     

模糊PID控制在电磁悬浮平台中的应用

建立电磁悬浮平台的数学模型;讨论系统的刚度阻尼与控制系统之间的关系;利用此关系和稳态误差确定常规proportional-integral-derivative(PID)控制参数.采用常规PID控制与模糊控制相结合的控制策略,在常规PID调节器的基础上运用模糊推理思想,根据不同的偏差E、偏差变化率Ec对PID参数KP,KI和KD进行自校正.实验结果表明:系统的稳态误差约为2%;当平台被迫向下偏移0.5 mm时,系统仍能快速回到平衡位置且稳定悬浮,说明系统具有很好的刚度阻尼特性和鲁棒性.     

基于随机线性二次最优的磁悬浮控制系统

分析电磁型（EMS）磁悬浮列车悬浮系统结构特性的基础上,建立了单磁铁磁悬浮系统的数学模型。采用随机线性二次最优的控制策略设计系统控制器,研究了在不同性能指标加权阵的情况下,该磁悬浮控制系统对具有初始磁间隙和受到外力干扰后磁间隙随时间变化的控制效果,并给出仿真结果,为磁悬浮控制系统的设计提供参考。     

直逆向过岔列车与桥上道岔耦合振动影响因素分析

针对桥上无缝道岔,运用有限单元法,建立钢轨一岔枕一桥梁弹簧一阻尼空间振动模型;运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立列车一道岔一桥梁空间振动方程组;以温福客运专线田螺大桥为例,拟定桥上铺设了由2组38号道岔组成的单渡线,分析直逆向过岔时,列车运行速度、轨下垂向刚度、枕下垂向均布刚度、岔区垂向不平顺幅值及梁体高度等参数对列车一道岔一桥梁系统耦合振动的影响.研究结果表明:系统响应随列车速度和岔区垂向不平顺幅值增大、梁体高度减小而增加;轨下垂向刚度对系统不同的响应有不同的影响;道岔响应随枕下垂向均布刚度增大而降低.     

电磁发射轨道受指数形态压力的瞬态响应

为提高电磁发射装置的发射精度并降低能耗,考虑轨道弹性基础上黏滞外阻尼和材料应变黏滞阻尼的影响,将某型电磁发射装置的轨道模拟为移动载荷作用下弹性基础的简支梁;采用欧拉梁理论建立梁的力学模型,利用拉普拉斯变换和傅里叶变换等方法,推导出指数形态压力载荷作用下轨道的瞬态响应解析解;运用MATLAB软件分析了不同发射参数作用于轨...     

多盘柔性转子系统的磁轴承刚度和阻尼设计

转子振动主动控制的本质就是通过主动控制力给系统引入附加的刚度及阻尼,以达到减少系统的不平衡响应,使系统稳定的目的。而磁悬浮轴承则是施加这种主动力的理想设备。文章讨论了磁力轴承的附加刚度和阻尼的设计。     

波流联合作用下弹性支承梁动力特性分析

为分析铰接塔平台的动力特性,建立了部分水下带有集中质量块的等截面弹性支承梁运动模型。用耦合弹簧刚度矩阵模拟铰接头处桩基础与土层之间的相互作用,考虑波浪和海流对梁的Morison力作用及由集中质量块引起的轴向力作用,建立了弹性支承等截面梁横向强迫振动的运动控制模型。采用Runge-Kutta数值方法分别研究了耦合弹性支承和独立弹性支承条件下梁的动力响应。研究表明,波流联合作用下,弹性支承等截面梁的有阻尼固有频率并未发生变化,系统同样将发生超谐共振;海流对不同弹性支承结构的主共振响应影响是不同的。可为海洋工程中铰接塔平台的动力特性分析提供参考。     

基于滑动单元的高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的动力相互作用分析

基于一种滑动单元,使用弹簧阻尼磁浮力模型,推导了适用于高速磁浮列车-轨道梁系统的滑动单元的刚度矩阵.在有限元OpenSees软件平台上建立了二维平面内高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的有限元模型.以TR08磁浮列车和上海Emsland磁浮轨道梁为例,进行建模计算,得到了磁浮列车与桥梁的动力响应及其振动规律.通过与文献中的结果进行对比,验证了模型结果的可靠性,改进后的滑动单元可用来研究高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的车桥耦合动力问题.     

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.     

基于人车耦合动力学模型的重型卡车平顺性仿真与优化

以某三轴重型卡车为研究对象,建立了考虑人车耦合作用的23自由度动力学模型,应用谐波叠加法建立了路面激励模型作为振动系统的输入,根据拉格朗日方程推导了人车耦合模型的动力学方程并通过Newmark算法实现动力学方程的求解,研究了人车耦合作用对车辆和人体振动响应的影响;根据ISO2631-1:1997(E)中的车辆平顺性评价方法,考虑人体大腿的垂向振动和背部的垂向振动、前后振动,以人体综合振动加权加速度均方根值为指标对重型卡车的平顺性进行评价,探究了车辆悬架、驾驶室悬置和座椅悬架的刚度阻尼参数对重型卡车平顺性的影响,并采用带有收缩因子的粒子群算法对车辆的平顺性进行了优化.研究结果表明:考虑人车耦合作用会改变车辆座椅、人体大腿和背部等部位的振动响应,车速较低时人车耦合作用对平顺性仿真结果的影响较大,在进行车辆平顺性仿真研究时需要考虑人车耦合的作用;在人车耦合条件下,车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数均对车辆平顺性产生影响,且在不同参数区间范围内影响程度有所不同;综合考虑车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数的匹配,实现了整车平顺性优化,在不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值与优化前相比降幅均超过38%,考虑多参数匹配的平顺性优化效果显著.