高速车辆磁流变阻尼器控制研究

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随着我国列车速度的不断提高,人们对列车运行时的平稳性、稳定性及安全性等动力学性能提出了更高的要求。轨道车辆的悬挂系统起着缓和线路不平顺等外部因素对车体的各方向冲击和振动的作用,而高速运行时的列车会受到较大的冲击和振动,影响车辆运行时的动力学性能。通过对各种悬挂系统进行对比,考虑经济和实用性本文选择研究减振效果更明显的半主动悬挂系统。本文以CRH3型高速车辆为研究对象,基于车辆系统动力学和刚柔耦合动力学理论,结合多体动力学软件UM和有限元软件ANSYS建立了高速车辆的多刚体模型以及柔性轮对的刚柔耦合模型。运用数值计算软件Matlab/Simulink建立了磁流变阻尼器的Bouc-Wen模型,将该模型作为子系统嵌入半主动悬挂控制系统中研究受控磁流变阻尼器对车辆系统动力学性能的影响。并且在Simulink环境下搭建了天棚阻尼和模糊控制算法,确定了模糊控制规则和对应的量化因子,比例因子以及隶属度函数。利用搭建好的控制框图,生成动态数据链接库(DLL文件)导入UM Simulation进行联合仿真,对两种控制策略下的仿真结果进行比较。在天棚阻尼控制下,研究多刚体和刚柔耦合动力学联合仿真模型在无质量轨道模型下的动力学响应,对比分析了两种悬挂方式下的八种工况动力学性能差异。探究了模糊控制的磁流变阻尼器对车辆系统的安全性、稳定性及曲线通过性的影响。结果表明,高速车辆运用半主动悬挂控制策略可有效减轻车体的横向振动,提高了车辆的乘坐舒适性。天棚阻尼对多刚体及刚柔耦合模型的车体横向振动加速度和轮轨横向力有改善效果。在将二系横向减振器替换为磁流变阻尼器采用模糊半主动控制后高速车辆在移动质量轨和无质量轨道下的车辆运行安全性,稳定性及曲线通过性均有所提高,且模糊控制策略的控制效果优于天棚阻尼。
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