基于模糊自适应PID控制的高速磁浮列车-桥梁耦合系统动力研究

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随着人类科学技术的发展以及物质生活水平的提高,人们对出行的便捷性与舒适性提出了越来越高的要求,使得高速磁浮列车受到了越来越多的关注。同时,高速磁浮交通克服了传统轮轨交通依靠轮轨最大摩擦力为驱动的速度上限的限制,能有效弥补现有交通工具中高速客运列车与客运飞机之间的速度区间,进而可以解决中长距离城市间的客运需要。此外,为追求更高速度,一些专家学者提出了高速磁浮列车在真空环境中运行而避免空气阻力,使得高速磁浮交通理论速度超过1000km/h以上。因此,作为一种新型的交通工具,高速磁浮交通有望成为新一代高速客运交通工具的引领者。传统轮轨高速列车发现,高速列车在桥梁上运行时,运行速度的增加会一定程度上加剧桥梁的动力响应。因此,为确保高速磁浮列车在桥梁上运行时的安全性以及舒适性,建立较为准确的高速磁浮列车—桥梁动力耦合系统对磁浮线路的设计以及优化至关重要。基于此,本文针对高速磁浮列车—桥梁耦合系统,主要进行了如下研究工作:(1)建立了高速磁浮列车—桥梁耦合动力模型,并引入了一种高效的模糊自适应PID磁浮控制系统,提取各时间步下较为准确的电磁力,进而对高速磁浮列车—桥梁耦合系统进行动力响应分析。(2)以轨道不平顺为激励,分析了不同车速、桥梁跨数、桥梁阻尼、桥梁刚度等因素对系统竖向动力响应的影响,并参照相关规范对车体舒适度以及桥梁动力响应进行评价。(3)参照既有研究,以传统轮轨列车一系悬挂系统模型替代磁浮控制系统对高速磁浮列车—桥梁耦合系统竖向动力响应进行对比,分析了磁浮控制系统的引入对磁浮列车动力响应的影响。研究结果表明,控制系统的引入能显著降低车体的动力响应。(4)同时考虑磁浮列车的沉浮、点头、横摆、摇头、侧滚运动,将磁浮列车视为9刚体45自由度系统,建立了三维高速磁浮列车—桥梁耦合系统模型,并进行了动力响应分析。
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