轨道车辆受电弓-接触网动态性能及主动控制策略的研究

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轨道交通载荷量大、舒适安全,是我国最重要的交通运输方式。轨道车辆运行的动力主要通过受电弓-接触网系统动态受流获得。弓网间的动态性能决定着轨道车辆受流的稳定性。现今对于轨道车辆提速的需求越来越迫切,弓网受流质量的优劣对于列车运行是否平稳越发重要。因此保证弓网系统运行的稳定性、提高弓网受流质量的意义越来越重要。本文对弓网系统建立耦合模型,分析不同参数的变化对弓网动态特性的影响,并进行受电弓主动控制研究,进而达到提高弓网受流质量的目的。本文建立了弓网耦合模型。研究了受电弓的运动特性,对受电弓力本构关系进行研究,建立受电弓等效模型;考虑到吊弦阻尼对于接触网特性的影响,建立接触网物理模型。通过利用拉格朗日方程建立弓网系统垂向耦合运动微分方程组,得到弓网模型的阻尼、质量、刚度矩阵,利用Newmark算法进行运动学方程求解。分析不同弓网结构参数下系统的动态性能。以建立的弓网耦合模型为基础,结合弓网受流质量评价标准分析当受电弓弓头的刚度、阻尼、质量,接触网的吊弦结构、张力体系、跨距等参数变化时弓网振动响应的情况,对弓网运动及受流质量进行了动力学角度的分析。研究主动控制下弓网系统的动态性能变化。建立受电弓运动Simulink仿真模型,基于该模型,对受电弓进行主动控制仿真研究。利用PID、模糊自适应PID两种算法对受电弓进行主动控制研究。基于这两种控制算法提出一种改进后的比例自调整模糊PID控制,进行主动控制研究。对比分析受电弓控制前后及三种控制算法作用下的弓网受流质量,验证分析控制效果。研究了基于磁流变阻尼器的受电弓主动控制系统对于弓网动态性能及受流质量的影响,对其进行深入分析。利用疲劳机对磁流变阻尼器进行试验,分析其性能特性。基于性能试验结果,建立磁流变阻尼器的正逆向动力学模型,并利用遗传算法进行模型参数识别。结合提出的三种控制算法,以磁流变阻尼器作为受电弓主动控制系统的作动器,进行受电弓半主动控制仿真分析,验证分析在不同控制算法下基于磁流变阻尼器的受电弓主动控制系统的控制效果。结果表明比例自调整模糊PID比模糊自适应PID控制具有更好的控制效果,模糊自适应PID的控制效果又优于PID控制,主动控制的效果好于半主动控制。三种主动控制方法都有效地抑制了弓网间接触力的波动,受流质量得到改善。为提高弓网受流质量及受电弓主动控制系统的研究提供新的想法和思路。
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