發(fā)布時間：2017-09-20 15:50

  本文關鍵詞：基于橋墩磁敏支座的仿人自適應隔振控制研究

  更多相關文章： 橋梁 列車制動 磁敏支座 磁敏阻尼器 仿人自適應控制 隔振

【摘要】：橋梁作為交通生命線的重要組成部分,高速行駛的列車在鐵路橋上會由于加速、減速或者緊急制動產(chǎn)生巨大的順橋向附著力,尤其是對具有一定傾角的高架鐵路橋梁,更容易在順橋向墩-梁上產(chǎn)生較大的位移危及支座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全。傳統(tǒng)的被動橋墩支座在一定程度可以起到很好隔振的效果,但是其剛度阻尼不可調(diào),目前雖有阻尼可調(diào)器件和被動支座結(jié)合的方式進行抗振防護,但僅調(diào)節(jié)阻尼是不夠的,還需要在剎車初期通過快速調(diào)節(jié)剛度來改變結(jié)構(gòu)固有頻率、提高結(jié)構(gòu)強度來提升抗振能力,然而現(xiàn)有橋墩支座系統(tǒng)在大沖擊載荷下的緩沖和隔減振兼容能力有限。因此,采用阻尼、剛度可調(diào)可控的磁敏隔振器(包括磁敏支座和磁敏阻尼器)代替現(xiàn)有隔振器進行隔振防護具有一定的必要性。針對車橋系統(tǒng)多狀態(tài)耦合振動情況十分復雜的問題,采用不同的控制策略協(xié)調(diào)控制墩-梁間的磁敏支座系統(tǒng),最終以減小車橋系統(tǒng)振動能量為控制目的。本文利用相似關系結(jié)合有限元法建立了列車制動下全尺度橋的磁敏隔振器系統(tǒng)模型,通過對順橋向制動下橋梁隔振系統(tǒng)受到的沖擊振動特征進行狀態(tài)劃分,以墩頂剪力與梁體位移為主要目標、兼顧梁體加速度指標,設計出列車制動作用下橋梁隔振系統(tǒng)緩沖減振的仿人自適應控制算法。通過MATLAB仿真和小尺度臺架試驗相互對比,驗證列車制動作用下未控、多態(tài)控制與仿人自適應控制的橋梁隔振系統(tǒng)的有效性,主要內(nèi)容如下:1.闡述了列車制動下磁敏隔振器橋梁隔振系統(tǒng)仿人自適應控制的研究背景和意義,綜述了橋梁隔振、可控隔振器控制算法的研究現(xiàn)狀,在指出該領域目前存在的問題之后,提出本文的主要研究內(nèi)容。2.分別分析了橋梁模型、車輛模型,建立車-橋-磁敏隔振器耦合振動模型,利用四階龍格庫塔法求解列車剎車制動時產(chǎn)生的制動力時程曲線和磁敏支座的回復力值,采用空間離散方法與橋梁有限元模型相結(jié)合,使用Newmark-β法求解車-橋-磁敏隔振器耦合振動系統(tǒng)的振動位移、速度、加速度值。3.從列車剎車制動本身的特點出發(fā),分析車橋耦合系統(tǒng)的振動特點,得到車橋耦合系統(tǒng)的幾種振動狀態(tài)。在考慮橋梁及列車安全的情況下,提出本文多磁敏隔振器的優(yōu)化控制目標和約束條件。利用MATLAB建立車-橋-磁敏隔振器模型,根據(jù)不同的振動狀態(tài)編寫相應的控制特征模型,組成符合列車制動作用下磁敏隔振器橋梁控制特色的仿人自適應控制策略。相對于未控、多態(tài)控制,仿人自適應控制的磁敏支座(magneto-rheological bearing,MRB)系統(tǒng)可使梁體位移峰值降低約54%、墩頂剪力峰值降低約34%,綜合隔振率最大降低約52%,也緩解了被動支座難以同時降低力和位移響應的這對矛盾,并有效抑制了梁體加速度且響應較快。4.針對車橋耦合系統(tǒng)振動問題,搭建了磁敏支座試驗臺架,驗證本文研究的仿人自適應控制算法的正確性和有效性。從臺架試驗系統(tǒng)的硬件平臺和軟件系統(tǒng)兩個方面展開,詳述了試驗步驟、測試結(jié)果及分析。試驗結(jié)果表明,與未控MRB系統(tǒng)相比較,采用仿人自適應控制后系統(tǒng)的加速度有一定幅度的下降,為以后進一步探索多個磁敏支座、磁敏阻尼器橋梁系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制效果及參數(shù)優(yōu)化奠定了良好的基礎。
【關鍵詞】：橋梁 列車制動 磁敏支座 磁敏阻尼器 仿人自適應控制 隔振
【學位授予單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U443.22
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 車橋可控隔振系統(tǒng)課題的研究背景和意義11-14
• 1.2 橋梁隔振系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析14-19
• 1.2.1 橋墩支座的發(fā)展與應用現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 車-橋隔振系統(tǒng)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 可控隔振器控制算法研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 半主動控制策略研究及應用現(xiàn)狀20
• 1.3.2 智能控制策略研究及發(fā)展前景20-21
• 1.4 存在的問題及本文主要研究內(nèi)容21-25
• 1.4.1 存在的問題21-22
• 1.4.2 本文主要研究內(nèi)容22-25
• 1.5 本章小結(jié)25-26
• 第2章 列車制動下橋梁可控隔振系統(tǒng)的力學建模26-36
• 2.1 橋梁模型26-27
• 2.2 車輛模型27-32
• 2.2.1 列車在順橋向上的動力分析28-31
• 2.2.2 激勵時空離散31-32
• 2.3 車-橋-磁敏隔振器模型32-35
• 2.3.1 車-橋-磁敏支座動力學模型32-35
• 2.3.2 車-橋-混合隔振器動力學模型35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 磁敏支座隔振系統(tǒng)的仿人自適應控制器設計36-48
• 3.1 磁敏支座隔振系統(tǒng)的特征分析及任務劃分36-40
• 3.1.1 列車制動下磁敏隔振器系統(tǒng)的特征分析36-37
• 3.1.2 列車制動下磁敏隔振器系統(tǒng)的任務劃分37-40
• 3.2 磁敏支座隔振系統(tǒng)的控制特征模型設計40-43
• 3.2.1 振動狀態(tài)A的控制特征模型設計40-41
• 3.2.2 振動狀態(tài)L的控制特征模型設計41-43
• 3.3 動態(tài)參數(shù)自適應調(diào)整設計43-44
• 3.4 分狀態(tài)協(xié)調(diào)仿人自適應控制器的分層遞階結(jié)構(gòu)44-45
• 3.5 分狀態(tài)協(xié)調(diào)仿人自適應控制器控制參數(shù)的整定45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第4章 磁敏支座隔振系統(tǒng)的仿人自適應控制仿真研究48-65
• 4.1 磁敏隔振器力磁學參數(shù)獲取實驗48-52
• 4.1.1 磁敏支座參數(shù)獲取實驗49-51
• 4.1.2 磁敏阻尼器參數(shù)獲取實驗51-52
• 4.2 控制仿真條件及評價方法52-53
• 4.3 磁敏支座隔振系統(tǒng)控制前后的動力學響應分析53-64
• 4.3.1 不同橋面傾角未控磁敏支座隔振系統(tǒng)的動力學響應分析54-56
• 4.3.2 不同停車位置下未控磁敏支座隔振系統(tǒng)的動力學響應分析56-57
• 4.3.3 不同列車初速度下未控磁敏支座隔振系統(tǒng)的動力學響應分析57-58
• 4.3.4 列車制動下不同控制策略的磁敏隔振器系統(tǒng)動力學分析58-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第5章 磁敏支座隔振系統(tǒng)的臺架試驗65-73
• 5.1 磁敏支座隔振系統(tǒng)小尺度試驗臺架65-68
• 5.1.1 磁敏支座臺架試驗系統(tǒng)的構(gòu)建65-67
• 5.1.2 臺架控制系統(tǒng)的軟件設計67-68
• 5.1.3 系統(tǒng)調(diào)試和分析68
• 5.2 模擬單墩橋梁臺架試驗68-72
• 5.2.1 隔振控制試驗條件69
• 5.2.2 臺架試驗69-70
• 5.2.3 臺架試驗結(jié)果分析70-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 第6章 全文總結(jié)與展望73-76
• 6.1 全文總結(jié)73-74
• 6.2 論文特色之處74-75
• 6.3 工作展望75-76
• 參考文獻76-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士學位期間從事的科研工作及取得的成果83-84

【參考文獻】

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本文編號：888966