基于自适应模糊PID方法的动车组横向振动控制研究

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随着交通运输业的发展以及列车运行速度的不断提高,人们对动车组车辆的运行安全性和其乘坐舒适度有了更高的要求。然而,由于各种外部环境的影响,高速车辆在运行过程中往往会产生多个方向上的车体摇晃,其中列车在横向振动方向上尤为突出,这极大地影响了乘客的乘坐舒适度,甚至严重时会发生重大的安全事故。有两种方式可以改善车辆的横向振动,一是通过改善既有线路条件,二是通过优化车辆的悬挂参数,而第一种在成本上太难实现,所以关于列车横向振动的悬架控制研究引起了国内外学者的广泛关注。本文就半主动悬架系统提出一种自适应模糊PID控制策略,并与其他控制策略的控制效果在车辆动力学性能指标下进行对比,本文的主要内容如下:(1)通过分析横向振动机理,在影响列车横向振动的十七个自由度上建立了半主动悬挂系统的横向振动动力学微分方程。利用ADAMS/Rail建立了某型动车组模型,通过研究轨道不平顺,对各国轨道谱做了简单的介绍,最后选取应用在高速列车研究中最为完善的德国低干扰轨道谱作为外界轨道激励信号。对模型进行动力学分析,得出其动力学性能指标符合列车的安全运行限值,即所建立模型是正确合理的。(2)在选取合适的轨道谱作为轮轨模型的激励输入后,为了使轨道谱可在时域上进行仿真的需要,选取傅里叶逆变换法为功率谱密度函数的数值模拟方法,将其转换为可进行模拟仿真的时域样本,并对其方向不平顺进行仿真分析。其次对作为列车控制联合仿真系统执行机构的阻尼器进行研究,选用磁流变阻尼减振器作为本文半主动悬架的减振器类型。并对磁流变阻尼器进行机理分析,分析阻尼器输出力与输入电流的关系,为后面半主动悬架控制系统的设计打下基础。(3)考虑到车辆系统的复杂性,将模糊自适应控制原理与传统PID控制相结合建立了一种新型的自适应模糊PID控制策略。由于PID参数需要人工经验调节既费时又不能确保达到最佳性能,根据粒子群优化算法可对参数进行最优化选择的特点,对PID控制器的初始参数进行优化设计,最终完成了对列车半主动悬架控制器的设计。(4)利用ADAMS-MATLAB联合仿真,对列车运行时各项性能评价指标的仿真结果进行分析。通过平稳性指标分析得出,所设计控制器对列车横向振动的控制效果有了明显的提升,同时证明了所设计控制器在列车半主动悬架控制中的有效性。
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