基于磁流变阻尼器高速列车主动悬挂控制方法研究

发布时间：2017-07-05 13:08

  本文关键词：基于磁流变阻尼器高速列车主动悬挂控制方法研究

  更多相关文章： 高速列车 主动悬挂 时滞 模糊PID控制

【摘要】：随着现代生活水平的提高,人们对交通工具提出了越来越高的要求。高速列车以快捷性、舒适性等优点而受到人们的青睐,使其日渐占据运输行业的核心地位。然而,随着速度的提升,列车的振动噪声及运行稳定性日趋严重。目前,针对高速列车的振动问题,基于磁流变阻尼器的主动悬挂控制系统取得了较好的减振效果,但是磁流变阻尼器本身存在滞回现象影响磁流变阻尼器的实时控制效果。因此,本文开展主动悬挂系统的减振控制研究,通过设计模糊PID控制器,减小磁流变阻尼器内部结构执行时滞带来的影响,进而改善列车的运行稳定性和乘坐舒适性。根据磁流变阻尼器的结构特点和工作原理,建立其理论力学模型,运用simulink仿真软件分析其动态工作特性。根据列车振动的主要原因,对引起悬挂振动的轨道不平顺的振动信号进行分析并模拟。在此基础上,建立基于磁流变阻尼器的九自由度列车主动悬挂动力学模型,以车体质心加速度、构架点头角加速度和测滚角加速度三个参变量作为系统的输出,建立状态空间方程并求解状态矩阵。在模糊理论的基础上,结合本文建立的悬挂模型及PID参数整定原则,建立模糊控制规则,通过模糊控制器调节PID参数来减小因轨道不平顺带来的车体振动,因时间滞后对列车性能产生的负面影响。通过Simulink软件建立列车悬挂系统仿真模型,分析了主动悬挂和被动悬挂在不同控制算法下的系统性能以及控制策略对磁流变阻尼器执行时滞的影响,结果表明:主动悬挂系统性能优于被动悬挂,且模糊PID复合控制比任何单一控制方式的效果都要好。在理论和仿真研究的基础上,搭建基于磁流变阻尼器的悬挂系统振动实验台,并设计测试控制系统,开展空载和满载两种工况的实验。在不同的激励信号和控制算法下,通过计算机显示和记录测控系统采集的振动信号,并加以分析试验台的振动响应特性。结果表明,实验结果与理论分析基本一致,实验验证了试验台的减振功能和模糊PID算法的可行性和有效性。
【关键词】：高速列车 主动悬挂 时滞 模糊PID控制
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U270.33;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符号说明8-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 前言10-11
• 1.2 国内外相关研究现状11-17
• 1.2.1 列车悬挂系统的研究现状11-12
• 1.2.2 磁流变阻尼器（MRD）的研究现状12-14
• 1.2.3 悬挂系统中时滞的影响及研究现状14-15
• 1.2.4 列车悬挂系统控制算法的研究现状15-17
• 1.3 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 基于磁流变阻尼器的主动悬挂系统动力学建模19-33
• 2.1 引言19-20
• 2.2 磁流变阻尼器的研究20-25
• 2.2.1 磁流变阻尼器的结构特点和工作原理20-22
• 2.2.2 磁流变阻尼器的动力学模型22-23
• 2.2.3 磁流变阻尼器的数值仿真及分析23-25
• 2.3 轨道不平顺激励的研究25-28
• 2.3.1 轨道不平顺机理和轨道谱描述25-26
• 2.3.2 轨道不平顺数值模拟26-28
• 2.4 主动悬挂系统动力学模型28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 主动悬挂系统模糊PID理论研究和控制器设计33-46
• 3.1 引言33
• 3.2 模糊控制的理论研究33-40
• 3.2.1 模糊控制的理论基础33
• 3.2.2 模糊控制原理33-34
• 3.2.3 模糊控制器的设计理论34-40
• 3.3 PID控制算法的理论研究40-42
• 3.3.1 PID算法的基本原理40-42
• 3.3.2 PID控制器特点42
• 3.3.3 PID控制器的仿真模型42
• 3.4 主动悬挂系统模糊PID控制器设计42-45
• 3.4.1 模糊PID控制原理43
• 3.4.2 PID参数模糊调整模型的建立43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 基于模糊PID算法的磁流变悬挂系统仿真46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 基于磁流变阻尼器的悬挂系统仿真模型搭建46-47
• 4.3 仿真结果分析47-55
• 4.3.1 不同控制方式下的悬挂系统仿真结果与分析47-49
• 4.3.2 被动控制下有无时滞的仿真结果对比与分析49-50
• 4.3.3 PID控制有无时滞悬挂系统仿真结果与分析50-51
• 4.3.4 模糊PID控制有无时滞悬挂系统仿真结果与分析51-53
• 4.3.5 不同控制方式对磁流变阻尼器的影响53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 基于磁流变阻尼器的悬挂系统的实验研究56-64
• 5.1 引言56
• 5.2 基于磁流变阻尼器的悬挂系统测试系统设计56-59
• 5.2.1 悬挂试验台测试系统基本原理56-57
• 5.2.2 测试系统硬件设备57-59
• 5.2.3 实验测试方案59
• 5.3 实验测试结果及分析59-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 主要工作回顾64-65
• 6.2 本课题今后有待改进和突破的地方65-66
• 参考文献66-70
• 附录A 部分仿真程序70-72
• 个人简历 在读期间发表的学术论文72-73
• 致谢73

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本文编号：522070