600km·h-1高速磁浮列车气动噪声仿真与试验分析

为探究高速磁浮列车气动噪声特性,以TR08高速磁浮列车为研究对象,考虑空气的可压缩性,采用分离涡模拟(DES)计算列车周围瞬态流场,基于Lighthill声比拟理论,采用声学有限元方法进行气动噪声数值计算。通过对比在线实车试验数据与数值仿真计算结果,验证了数值计算模型的准确性。研究表明,高速磁浮列车气动噪声是一种宽频带噪声,噪声源主要分布在头车和尾车流线型肩部等气流分离及湍流剧烈的区域。当列车运行速度为600 km·h^-1时,距离轨道中心线25m、轨面以上3.5m处列车通过时间内等效连续A声级达到107.5dB(A),噪声峰值位于中心频率为1 600Hz的1/3倍频程频带内,为101.9dB(A)。     

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.     

基于人工智能负载估计系统的磁浮列车垂向振动 主动控制

提出了基于人工智能负载估计系统的磁浮列车悬浮系统主动控制方法。给出单点悬浮数学模型,并基于劳斯-赫尔维兹判据证明该模型开环不稳定;考虑负载特征和实时悬浮变化,利用多层人工神经网络对悬浮系统控制量的输出进行主动控制;采用非支配排序遗传算法(NSGA)对系统参数进行优化。结果表明:所提出的控制方法具有较好的鲁棒性,在较大负载扰动时仍然能够保持相对较小的误差。     

中低速磁浮列车悬浮传感器信号传输

分析了中低速磁浮列车悬浮传感器信号传输的衰减、延时以及易受干扰等问题,并提出了解决方案。建立了信号传输系统的简化模型,并按照阻抗匹配原则确定了主要器件参数,防止信号长线缆传输时出现衰减畸变;分析了悬浮系统动态响应允许的传感器信号最大延时,设计并实施了基于振动台的对比测试;针对信号传输电磁环境特点,设计了滤波电路以及屏蔽和接地方案,通过了射频辐射感应抗扰度和脉冲群抗扰度测试。结果表明,悬浮系统动态特性不受信号串行通信延时的影响,所提出的解决方案能实现准确、及时、可靠的信号传输。     

超导电动磁浮列车悬浮和导向特性

以超导电动磁浮列车为研究对象,建立了单个转向架与悬浮和导向线圈的场-路-运动耦合数值模型,然后对该模型进行求解并验证了其正确性。基于该模型,分析了不同垂向位移和横向位移下单个转向架所受的悬浮力与导向力,并揭示了无交叉连接和交叉连接“8”字形线圈之间的关系。结果表明：无交叉连接“8”字形线圈产生的作用力主要为悬浮力,交叉连接“8”字形线圈产生的作用力主要为导向力;随着横向位移的增大,导阻比先增大后减小;随着垂向位移的增大,浮阻比先增大后减小。     

线间距对600 km/h高速磁浮列车明线交会气动性能的影响

为探明不同线间距下600 km/h高速磁浮列车明线交会时的气动特性,基于三维、非定常、可压缩的N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用重叠网格技术,分析列车明线交会时的车身周围流场结构、列车交会压力波和列车侧向力,通过动模型试验来验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明：在不同线间距下,列车交会时的车身周围流场分布特征相似,随线间距增大,列车尾涡展向角逐渐增大,两交会侧车身之间流场的速度和压力不断减小;不同线间距下的列车压力波变化规律一致,压力波幅值与列车运行速度的二次方近似呈正比,当线间距由5.1 m分别增大至5.6 m和6.1 m时,压力波幅值分别减小28.2%和42.4%,且增大线间距对列车压力波正波缓解作用比负波的大,头波的缓解作用比尾波的大;列车交会过程中头车侧向力幅值比尾车和中间车的幅值大,增大线间距对尾车侧向力的缓解作用比头车和中间车的大,当线间距由5.1 m增大至6.1 m时,头车、中间车和尾车的侧向力幅值分别减小33.8%、34.1%和35.7%。     

考虑传感器故障的磁浮系统容错控制仿真研究

为了提高磁浮列车悬浮系统的可靠性,针对磁浮列车单点悬浮系统模型,设计了一种基于切换策略的主动容错控制器,在传感器故障发生后,通过辨别故障后系统所处的模态,快速将控制器切换到针对当前故障离线设计的控制律,使得故障系统基本维持正常系统的静态和动态性能,最后对设计的容错控制器进行了仿真分析和实验对比验证。     

环境风与列车交会耦合作用下磁浮列车横向气动性能

采用三维、可压、非定常N-S方程,用动网格技术实现列车与地面、环境风与列车之间的相对运动,对不同风速、风向环境风作用下,磁浮列车以430 km/h速度等速交会时列车横向气动性能进行数值分析。研究结果表明：当风向角为135°时,磁浮列车受到的交会压力波幅值最大;头车和尾车横向力在风向角分别为270°和225°时最大,分别为-172.5 kN和77.4 kN;头、尾车侧滚力矩均在风向角为90°时最大,分别为-226.7 kN·m和-203.7 kN·m;在90°风向角下,风速增大,列车受到的横向力和侧滚力矩增大,横向力近似与风速的0.8次方成正比,而侧滚力矩约与风速的1.3-1.5次方成正比。     

考虑涡流效应的端部悬浮系统建模与控制器优化设计

通过分析涡流效应原理并利用有限元法对端部悬浮电磁场进行数值仿真，获取了涡流效应对端部悬浮电磁铁悬浮力影响的关键因素，并建立了考虑涡流效应的端部悬浮系统模型。针对列车运行过程中悬浮系统的动态特性，提出了一种不改变现有标称控制器结构的参数优化算法。优化后的控制器已成功应用于长沙磁浮快线，实际运行数据表明端部悬浮系统的鲁棒性和抗干扰能力得到了显著提升。     

具有径向基网络加速度反馈的磁浮列车悬浮系统滑模控制

为了保证磁浮列车的悬浮稳定性，研究了悬浮系统的主动控制问题。首先，基于磁浮列车单电磁铁最小悬浮单元建立了对应的电流控制数学模型，并结合仿真说明了比例?积分?微分（PID）控制算法对非线性负载等时变干扰非常敏感的问题；然后，提出了一种采用分岔理论稳定性证明的滑模控制方法，并结合径向基函数（RBF）神经网络的参数自调整功能构建了具有振动抑制的悬浮控制模块，有效地抑制了电磁铁振动；最后，通过构造Simulink控制模型并搭建单电磁铁悬浮试验平台进行仿真和试验。结果表明：电磁铁振动对悬浮性能的影响尤为明显，所提出控制算法能够在复杂扰动存在的情况下对电磁铁振动进行有效抑制，并提高悬浮系统的动态性能。