近年來,在我國(guó)高速鐵路建設(shè)快速發(fā)展以及列車行駛速度大幅提升的背景下,人們對(duì)高速列車運(yùn)行安全性和舒適性要求也在不斷提高。而由于高速列車存在軌道不平順激擾、外部環(huán)境干擾等因素,導(dǎo)致高速列車的橫向懸掛減振控制問題日益突出。本文建立了更為精確的高速列車橫向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)模型,并考慮了執(zhí)行器可能出現(xiàn)的非完全失效故障情況,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)PID控制和自適應(yīng)容錯(cuò)PID控制兩種策略。本文主要的工作如下:(1)敘述了懸掛系統(tǒng)的分類和發(fā)展歷史,比較了被動(dòng)懸掛、主動(dòng)懸掛及半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的特點(diǎn),闡明了我國(guó)高速列車采取橫向半主動(dòng)懸掛方式的必要性,并分析探討了多種主流的半主動(dòng)懸掛控制策略。(2)分析了列車在現(xiàn)實(shí)行駛過程中的振動(dòng)方式和振動(dòng)類型,考慮了列車懸掛系統(tǒng)參數(shù)的時(shí)變性、軌道不平順激擾、外部環(huán)境干擾等因素,通過動(dòng)力學(xué)分析建立了高速列車輪對(duì)、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、車體的橫移、側(cè)滾、搖頭振動(dòng)等十四自由度的橫向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)模型。(3)針對(duì)建立的高速列車橫向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)模型,研究并設(shè)計(jì)了自適應(yīng)PID控制策略。該方法充分利用了系統(tǒng)模型自身的特點(diǎn),通過引入符號(hào)矩陣,解決了系統(tǒng)增益矩陣的非對(duì)稱正定帶來的問題,且對(duì)建模時(shí)所考慮的系統(tǒng)參數(shù)時(shí)變性和外部環(huán)境干擾等因素具有良好的魯棒性。借助Lyapunov穩(wěn)定性理論,分析和證明系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后,通過MATLAB計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制算法能夠有效地衰減列車振動(dòng),并且,相較于經(jīng)典PID控制,該控制算法具有更好的減振效果。(4)考慮了高速列車橫向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)中執(zhí)行器可能出現(xiàn)的非完全失效故障情況,建立了執(zhí)行器故障的系統(tǒng)模型,研究并設(shè)計(jì)了自適應(yīng)容錯(cuò)PID控制策略。該方法具備較好的魯棒性及容錯(cuò)能力,更具有實(shí)用性。通過選取合適的Lyapunov函數(shù)進(jìn)行了穩(wěn)定性證明。最后,通過MATLAB計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制算法的有效性。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U463.33
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景和選題意義
    1.2 懸掛系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)
        1.2.1 被動(dòng)懸掛系統(tǒng)
        1.2.2 主動(dòng)懸掛系統(tǒng)
        1.2.3 半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)
    1.3 高速列車橫向半主動(dòng)懸掛的必要性分析
    1.4 半主動(dòng)懸掛的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 國(guó)外半主動(dòng)懸掛的研究現(xiàn)狀
        1.4.2 國(guó)內(nèi)半主動(dòng)懸掛的研究現(xiàn)狀
    1.5 本文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排
2 半主動(dòng)懸掛控制策略和Lyapunov穩(wěn)定性理論
    2.1 半主動(dòng)懸掛控制策略
        2.1.1 天棚阻尼控制
        2.1.2 線性最優(yōu)控制
        2.1.3 經(jīng)典PID控制
        2.1.4 魯棒控制
        2.1.5 自適應(yīng)控制
        2.1.6 模糊控制
        2.1.7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
        2.1.8 控制策略對(duì)比
    2.2 Lyapunov穩(wěn)定性理論
        2.2.1 Lyapunov穩(wěn)定性
        2.2.2 Lyapunov第二法
    2.3 本章小結(jié)
3 高速列車橫向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)模型的建立
    3.1 引言
    3.2 半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的控制特性分析
    3.3 列車隨機(jī)振動(dòng)的分析
    3.4 高速列車橫向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)模型
        3.4.1 十四自由度的橫向半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)模型
        3.4.2 動(dòng)力學(xué)方程的改進(jìn)
    3.5 本章小結(jié)
4 自適應(yīng)PID控制策略的研究和設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 控制目標(biāo)
    4.3 假設(shè)分析
    4.4 自適應(yīng)PID控制策略的分析與設(shè)計(jì)
        4.4.1 自適應(yīng)PID控制策略的設(shè)計(jì)
        4.4.2 穩(wěn)定性證明
    4.5 仿真分析和對(duì)比
        4.5.1 仿真結(jié)果及分析
        4.5.2 自適應(yīng)PID控制與經(jīng)典PID控制對(duì)比
    4.6 控制策略的優(yōu)點(diǎn)
    4.7 本章小結(jié)
5 自適應(yīng)容錯(cuò)PID控制策略的研究和設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 控制目標(biāo)
    5.3 執(zhí)行器故障的系統(tǒng)模型的建立
    5.4 自適應(yīng)容錯(cuò)PID控制策略的分析與設(shè)計(jì)
        5.4.1 自適應(yīng)容錯(cuò)PID控制策略的設(shè)計(jì)
        5.4.2 穩(wěn)定性證明
    5.5 仿真分析
    5.6 控制策略的特點(diǎn)
    5.7 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

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本文編號(hào)：2827906