【摘 要】
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受电弓-接触网耦合系统（以下简称弓网系统）保障列车的可靠运行,是为列车提供电能的重要系统。由于列车速度的提高和弓网系统外部环境的影响,特别是风载荷引起的接触网振动,使系统振动加剧、列车受流质量变差,甚至会出现弓网离线现象的发生,从而导致弓网动态接触失效。兰新线途径“百里大风区”,常年遭受大风作用,严重影响列车的安全营运。为了解决这一问题,本文基于兰新线,从参数匹配和主动控制两个方面进行了弓网动态接
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受电弓-接触网耦合系统（以下简称弓网系统）保障列车的可靠运行,是为列车提供电能的重要系统。由于列车速度的提高和弓网系统外部环境的影响,特别是风载荷引起的接触网振动,使系统振动加剧、列车受流质量变差,甚至会出现弓网离线现象的发生,从而导致弓网动态接触失效。兰新线途径“百里大风区”,常年遭受大风作用,严重影响列车的安全营运。为了解决这一问题,本文基于兰新线,从参数匹配和主动控制两个方面进行了弓网动态接触防失效的研究,进而提高受流质量,保障列车安全运行。主要研究内容如下:（1）建立了弓网系统耦合模型。推导了接触网微分方程和受电弓动力学方程,通过渗透位移法将其进行动力学耦合从而完成建模。并推导在脉动风激励下接触线受到的作用力,修正弓网模型。（2）研究了质量块受电弓的参数匹配。推导了三质量块受电弓机械阻抗,得到了受电弓机械阻抗的频域表达式,发现机械振动在吊弦的反射波使得系统振动加剧,同时发现接触压力振动幅值和受电弓机械阻抗成正比,降低机械阻抗可以减小弓网接触压力波动。对受电弓的动力学方程进行Laplace变换,将吊弦频率和受电弓转折频率进行参数匹配,逐个改变参数值寻找最优参数,仿真结果表明优化后吊弦频率附近振幅显著降低。（3）研究了多体受电弓的参数匹配。考虑了受电弓在工作过程中升弓角的变化引起的参数的非线性变化,建立了受电弓的多刚体模型,并对模型进行了验证。为了便于分析,在平衡位置附近,将模型进行等效处理,对受电弓的动力学方程进行Laplace变换,将吊弦频率和受电弓转折频率进行参数匹配,用单变量和多变量法进行参数寻优。（4）设计了风扰动下受电弓反步控制器。利用反步法推导了反馈控制力,设计观测器估计系统不可测量,提高了控制器的实用性,并利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性。和已有研究中的控制方法进行对比,反步控制方法具有更好的鲁棒性。将风扰动引起的抖振力施加到系统中,验证了控制器的抗扰动能力;探究了控制器参数对控制力的影响,发现较大的控制增益可以获得更好地控制效果,提高了控制器的控制效率。
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