本文關(guān)鍵詞：基于橋墩磁敏支座的仿人自適應(yīng)隔振控制研究

  更多相關(guān)文章： 橋梁 列車制動(dòng) 磁敏支座 磁敏阻尼器 仿人自適應(yīng)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(huì)由于加速、減速或者緊急制動(dòng)產(chǎn)生巨大的順橋向附著力,尤其是對(duì)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(dòng)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(dòng)支座結(jié)合的方式進(jìn)行抗振防護(hù),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(qiáng)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(jìn)行隔振防護(hù)具有一定的必要性。針對(duì)車橋系統(tǒng)多狀態(tài)耦合振動(dòng)情況十分復(fù)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(dòng)能量為控制目的。本文利用相似關(guān)系結(jié)合有限元法建立了列車制動(dòng)下全尺度橋的磁敏隔振器系統(tǒng)模型,通過對(duì)順橋向制動(dòng)下橋梁隔振系統(tǒng)受到的沖擊振動(dòng)特征進(jìn)行狀態(tài)劃分,以墩頂剪力與梁體位移為主要目標(biāo)、兼顧梁體加速度指標(biāo),設(shè)計(jì)出列車制動(dòng)作用下橋梁隔振系統(tǒng)緩沖減振的仿人自適應(yīng)控制算法。通過MATLAB仿真和小尺度臺(tái)架試驗(yàn)相互對(duì)比,驗(yàn)證列車制動(dòng)作用下未控、多態(tài)控制與仿人自適應(yīng)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(dòng)下磁敏隔振器橋梁隔振系統(tǒng)仿人自適應(yīng)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(lǐng)域目前存在的問題之后,提出本文的主要研究?jī)?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(dòng)模型,利用四階龍格庫(kù)塔法求解列車剎車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)力時(shí)程曲線和磁敏支座的回復(fù)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(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)位移、速度、加速度值。3.從列車剎車制動(dòng)本身的特點(diǎn)出發(fā),分析車橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)特點(diǎn),得到車橋耦合系統(tǒng)的幾種振動(dòng)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(biāo)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(dòng)狀態(tài)編寫相應(yīng)的控制特征模型,組成符合列車制動(dòng)作用下磁敏隔振器橋梁控制特色的仿人自適應(yīng)控制策略。相對(duì)于未控、多態(tài)控制,仿人自適應(yīng)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(dòng)支座難以同時(shí)降低力和位移響應(yīng)的這對(duì)矛盾,并有效抑制了梁體加速度且響應(yīng)較快。4.針對(duì)車橋耦合系統(tǒng)振動(dòng)問題,搭建了磁敏支座試驗(yàn)臺(tái)架,驗(yàn)證本文研究的仿人自適應(yīng)控制算法的正確性和有效性。從臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)兩個(gè)方面展開,詳述了試驗(yàn)步驟、測(cè)試結(jié)果及分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,與未控MRB系統(tǒng)相比較,采用仿人自適應(yīng)控制后系統(tǒng)的加速度有一定幅度的下降,為以后進(jìn)一步探索多個(gè)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(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：橋梁 列車制動(dòng) 磁敏支座 磁敏阻尼器 仿人自適應(yīng)控制 隔振
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(guó)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(yīng)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(dòng)控制策略研究及應(yīng)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?jī)?nèi)容21-25
• 1.4.1 存在的問題21-22
• 1.4.2 本文主要研究?jī)?nèi)容22-25
• 1.5 本章小結(jié)25-26
• 第2章 列車制動(dòng)下橋梁可控隔振系統(tǒng)的力學(xué)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(dòng)力分析28-31
• 2.2.2 激勵(lì)時(shí)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(dòng)力學(xué)模型32-35
• 2.3.2 車-橋-混合隔振器動(dòng)力學(xué)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(yīng)控制器設(shè)計(jì)36-48
• 3.1 磁敏支座隔振系統(tǒng)的特征分析及任務(wù)劃分36-40
• 3.1.1 列車制動(dòng)下磁敏隔振器系統(tǒng)的特征分析36-37
• 3.1.2 列車制動(dòng)下磁敏隔振器系統(tǒng)的任務(wù)劃分37-40
• 3.2 磁敏支座隔振系統(tǒng)的控制特征模型設(shè)計(jì)40-43
• 3.2.1 振動(dòng)狀態(tài)A的控制特征模型設(shè)計(jì)40-41
• 3.2.2 振動(dòng)狀態(tài)L的控制特征模型設(shè)計(jì)41-43
• 3.3 動(dòng)態(tài)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)43-44
• 3.4 分狀態(tài)協(xié)調(diào)仿人自適應(yīng)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(yīng)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(yīng)控制仿真研究48-65
• 4.1 磁敏隔振器力磁學(xué)參數(shù)獲取實(shí)驗(yàn)48-52
• 4.1.1 磁敏支座參數(shù)獲取實(shí)驗(yàn)49-51
• 4.1.2 磁敏阻尼器參數(shù)獲取實(shí)驗(yàn)51-52
• 4.2 控制仿真條件及評(píng)價(jià)方法52-53
• 4.3 磁敏支座隔振系統(tǒng)控制前后的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)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(dòng)力學(xué)響應(yīng)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(dòng)力學(xué)響應(yīng)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(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析57-58
• 4.3.4 列車制動(dòng)下不同控制策略的磁敏隔振器系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(tái)架試驗(yàn)65-73
• 5.1 磁敏支座隔振系統(tǒng)小尺度試驗(yàn)臺(tái)架65-68
• 5.1.1 磁敏支座臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建65-67
• 5.1.2 臺(tái)架控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)67-68
• 5.1.3 系統(tǒng)調(diào)試和分析68
• 5.2 模擬單墩橋梁臺(tái)架試驗(yàn)68-72
• 5.2.1 隔振控制試驗(yàn)條件69
• 5.2.2 臺(tái)架試驗(yàn)69-70
• 5.2.3 臺(tái)架試驗(yàn)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(xiàn)76-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間從事的科研工作及取得的成果83-84

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：888966