基于桥墩磁敏支座的仿人自适应隔振控制研究

发布时间：2017-09-20 15:50

  本文关键词：基于桥墩磁敏支座的仿人自适应隔振控制研究

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【摘要】：桥梁作为交通生命线的重要组成部分,高速行驶的列车在铁路桥上会由于加速、减速或者紧急制动产生巨大的顺桥向附着力,尤其是对具有一定倾角的高架铁路桥梁,更容易在顺桥向墩-梁上产生较大的位移危及支座系统结构安全。传统的被动桥墩支座在一定程度可以起到很好隔振的效果,但是其刚度阻尼不可调,目前虽有阻尼可调器件和被动支座结合的方式进行抗振防护,但仅调节阻尼是不够的,还需要在刹车初期通过快速调节刚度来改变结构固有频率、提高结构强度来提升抗振能力,然而现有桥墩支座系统在大冲击载荷下的缓冲和隔减振兼容能力有限。因此,采用阻尼、刚度可调可控的磁敏隔振器(包括磁敏支座和磁敏阻尼器)代替现有隔振器进行隔振防护具有一定的必要性。针对车桥系统多状态耦合振动情况十分复杂的问题,采用不同的控制策略协调控制墩-梁间的磁敏支座系统,最终以减小车桥系统振动能量为控制目的。本文利用相似关系结合有限元法建立了列车制动下全尺度桥的磁敏隔振器系统模型,通过对顺桥向制动下桥梁隔振系统受到的冲击振动特征进行状态划分,以墩顶剪力与梁体位移为主要目标、兼顾梁体加速度指标,设计出列车制动作用下桥梁隔振系统缓冲减振的仿人自适应控制算法。通过MATLAB仿真和小尺度台架试验相互对比,验证列车制动作用下未控、多态控制与仿人自适应控制的桥梁隔振系统的有效性,主要内容如下:1.阐述了列车制动下磁敏隔振器桥梁隔振系统仿人自适应控制的研究背景和意义,综述了桥梁隔振、可控隔振器控制算法的研究现状,在指出该领域目前存在的问题之后,提出本文的主要研究内容。2.分别分析了桥梁模型、车辆模型,建立车-桥-磁敏隔振器耦合振动模型,利用四阶龙格库塔法求解列车刹车制动时产生的制动力时程曲线和磁敏支座的回复力值,采用空间离散方法与桥梁有限元模型相结合,使用Newmark-β法求解车-桥-磁敏隔振器耦合振动系统的振动位移、速度、加速度值。3.从列车刹车制动本身的特点出发,分析车桥耦合系统的振动特点,得到车桥耦合系统的几种振动状态。在考虑桥梁及列车安全的情况下,提出本文多磁敏隔振器的优化控制目标和约束条件。利用MATLAB建立车-桥-磁敏隔振器模型,根据不同的振动状态编写相应的控制特征模型,组成符合列车制动作用下磁敏隔振器桥梁控制特色的仿人自适应控制策略。相对于未控、多态控制,仿人自适应控制的磁敏支座(magneto-rheological bearing,MRB)系统可使梁体位移峰值降低约54%、墩顶剪力峰值降低约34%,综合隔振率最大降低约52%,也缓解了被动支座难以同时降低力和位移响应的这对矛盾,并有效抑制了梁体加速度且响应较快。4.针对车桥耦合系统振动问题,搭建了磁敏支座试验台架,验证本文研究的仿人自适应控制算法的正确性和有效性。从台架试验系统的硬件平台和软件系统两个方面展开,详述了试验步骤、测试结果及分析。试验结果表明,与未控MRB系统相比较,采用仿人自适应控制后系统的加速度有一定幅度的下降,为以后进一步探索多个磁敏支座、磁敏阻尼器桥梁系统的协调控制效果及参数优化奠定了良好的基础。
【关键词】：桥梁 列车制动 磁敏支座 磁敏阻尼器 仿人自适应控制 隔振
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.22
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 车桥可控隔振系统课题的研究背景和意义11-14
• 1.2 桥梁隔振系统国内外研究现状与分析14-19
• 1.2.1 桥墩支座的发展与应用现状14-16
• 1.2.2 车-桥隔振系统研究现状16-19
• 1.3 可控隔振器控制算法研究现状19-21
• 1.3.1 半主动控制策略研究及应用现状20
• 1.3.2 智能控制策略研究及发展前景20-21
• 1.4 存在的问题及本文主要研究内容21-25
• 1.4.1 存在的问题21-22
• 1.4.2 本文主要研究内容22-25
• 1.5 本章小结25-26
• 第2章 列车制动下桥梁可控隔振系统的力学建模26-36
• 2.1 桥梁模型26-27
• 2.2 车辆模型27-32
• 2.2.1 列车在顺桥向上的动力分析28-31
• 2.2.2 激励时空离散31-32
• 2.3 车-桥-磁敏隔振器模型32-35
• 2.3.1 车-桥-磁敏支座动力学模型32-35
• 2.3.2 车-桥-混合隔振器动力学模型35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 磁敏支座隔振系统的仿人自适应控制器设计36-48
• 3.1 磁敏支座隔振系统的特征分析及任务划分36-40
• 3.1.1 列车制动下磁敏隔振器系统的特征分析36-37
• 3.1.2 列车制动下磁敏隔振器系统的任务划分37-40
• 3.2 磁敏支座隔振系统的控制特征模型设计40-43
• 3.2.1 振动状态A的控制特征模型设计40-41
• 3.2.2 振动状态L的控制特征模型设计41-43
• 3.3 动态参数自适应调整设计43-44
• 3.4 分状态协调仿人自适应控制器的分层递阶结构44-45
• 3.5 分状态协调仿人自适应控制器控制参数的整定45-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 磁敏支座隔振系统的仿人自适应控制仿真研究48-65
• 4.1 磁敏隔振器力磁学参数获取实验48-52
• 4.1.1 磁敏支座参数获取实验49-51
• 4.1.2 磁敏阻尼器参数获取实验51-52
• 4.2 控制仿真条件及评价方法52-53
• 4.3 磁敏支座隔振系统控制前后的动力学响应分析53-64
• 4.3.1 不同桥面倾角未控磁敏支座隔振系统的动力学响应分析54-56
• 4.3.2 不同停车位置下未控磁敏支座隔振系统的动力学响应分析56-57
• 4.3.3 不同列车初速度下未控磁敏支座隔振系统的动力学响应分析57-58
• 4.3.4 列车制动下不同控制策略的磁敏隔振器系统动力学分析58-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 磁敏支座隔振系统的台架试验65-73
• 5.1 磁敏支座隔振系统小尺度试验台架65-68
• 5.1.1 磁敏支座台架试验系统的构建65-67
• 5.1.2 台架控制系统的软件设计67-68
• 5.1.3 系统调试和分析68
• 5.2 模拟单墩桥梁台架试验68-72
• 5.2.1 隔振控制试验条件69
• 5.2.2 台架试验69-70
• 5.2.3 台架试验结果分析70-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第6章 全文总结与展望73-76
• 6.1 全文总结73-74
• 6.2 论文特色之处74-75
• 6.3 工作展望75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：888966