为缓解我国运力不足状况,自1997年起铁路运输共实施六次大提速,使之进入高铁时代,现在动车组速度己达300～350 km/h。电力牵引具有能耗低、污染少、牵引力大等优点,因此高速动车大都采用电力牵引。电力机车一般通过受电弓和接触网从外界获取电能,受电弓和接触网通过滑动接触耦合在一起,构成弓网系统。受电弓随机车移动,与接触网滑动接触,完成受流,因此确保弓网接触压力波动较小且保持在70N恒值附近,是机车获取稳定受流的必要前提。为此,必须要降低弓网系统的振动响应。随着机车速度的提高,受电弓弓头和接触线的振动幅度加大,导致弓网的接触压力波动剧烈,受流质量急剧下降,极端情况下,甚至会发生弓线脱离现象,导致瞬间高电压产生,对弓网及机车动力系统造成致命伤害,严重影响列车的运行安全。因此,研究高速工况下保持弓网良好振动性能的原理、方法和手段,具有重要意义。影响弓网系统振动性能的因素众多,主要涉及受电弓、接触网的自身结构参数及弓网间的相互作用,如接触网悬挂的刚度、接触线坡度、接触网悬挂类型、接触线材质、受电弓抬升力、接触线抬升量、接触线预驰度、滑板材质、受电弓归算质量、机车运行速度等,因此改善弓网系统性能一般来说可以从接触网和受电弓两个方面入手,如改变接触网类型、加大线索张力、降低接触线和受电弓材料密度、优化受电弓尺寸参数等。在我国,高速列车大多是在现有线路上提速完成的,由于现有铁路接触网是按既有标准修建的,若更改原有接触网类型或参数势必花费巨大代价,而受电弓参数的优化也效果有限。在此情况下,就需要将主动控制、半主动控制等技术引入到弓网系统中,以达到改善弓网受流质量的目的。本文主要探讨列车在既有线路上提速的情况下,改善弓网受流性能的原理和措施。为此,建立了受电弓-接触网系统耦合动力学模型及其简化模型,为下一步研究奠定基础；提出受电弓滚动弓头设想并研究了提升弓网受流质量的原理；建立基于受电弓半主动控制的弓网系统半主动控制模型并通过计算机仿真手段研究了受电弓半主动控制对弓网性能的影响；研究接触网的主动控制对弓网受流质量的影响；建立基于VR技术的弓网主动控制仿真平台。本文主要研究内容如下：1.建立受电弓-接触网系统耦合动力学模型及其简化模型。参照相关文献,将接触网构件简化为梁,将受电弓简化为质量-弹簧-阻尼结构体,利用能量守恒定律,建立弓网系统耦合动力学模型。为便于研究,又将接触网简化为与受电弓耦合在一起的变刚度弹簧,从而建立了二元受电弓弓网简化耦合动力学模型和三元受电弓弓网简化耦合动力学模型。2.基于半主动控制受电弓的弓网半主动控制研究。建立基于受电弓半主动控制的弓网主动、半主动控制动力学模型,利用计算机仿真手段研究了滑模变结构控制、LQR最优控制、模糊控制等控制策略下半主动控制对弓网振动性能的影响。3.基于MR阻尼器的受电弓半主动控制研究。建立了MR阻尼器力学模型,并在此基础上建立基于MR阻尼器的弓网半主动控制动力学模型,并建立了基于模糊控制策略的计算机仿真模型,研究其对弓网性能的影响。4.研究了受电弓滚动弓头特性,对滚动弓头从弓线接触力、接触电阻理论、冲量理论、摩擦、磨损理论等方面进行综合分析,研究了滚动弓头受电弓对弓网受流质量、弓网电气性能和弓网机械性能的影响。5.接触网的主动控制研究。建立了接触网有限元模型,应用Ansys软件计算得到模型整体质量及刚度矩阵数据,并编写KMExtract程序分离出整体质量、整体刚度矩阵,据此建立接触网系统动力学方程。为便于系统仿真及控制器设计,使用模态降阶法对系统降阶并将其转化为状态方程形式,然后为系统设计LQR控制器,使用计算机仿真手段对实施主动控制前后的接触网系统进行动态仿真分析。6.集成VR技术的高速受电弓模糊主动控制及仿真。在基于受电弓主动控制的弓网主动控制动力学模型基础上,利用SIMULINK软件构建了计算机仿真模型；并通过三维建模软件和Virtools动作引擎,建立了含弓网子系统的列车运行三维虚拟场景；最后,通过Socket通信技术将弓网系统计算机仿真模型和列车三维虚拟场景结合,建立了基于虚拟现实技术和SIMULINK仿真技术的弓网系统模糊主动控制仿真平台,仿真平台具有较强沉浸感、交互性,可使用户身临其境般的感受模糊主动控制对弓网振动性能的影响。