[發明專利]車輛制動作用下磁敏橋墩支座隔振系統的仿人自適應控制方法及裝置

在審

• 申請號: 201610177811.8
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN107229226A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 李銳;周虹利;張路陽;武粵元;劉琳
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;E01D19/04;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及橋梁隔振技術領域，尤其涉及一種列車剎車制動作用下磁敏橋墩支座隔振系統的仿人自適應控制方法及平臺。

背景技術

鐵路橋梁是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生巨大的力，容易在垂向、橫向、順橋向墩-梁上產生較大的位移危及支座系統結構安全。傳統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，目前雖有阻尼可調器件和被動支座結合方式進行抗振防護，但僅調節阻尼是不夠的，還需要在剎車初期通過快速調節剛度來改變結構固有頻率、提高結構強度來提升抗振能力，然而現有橋墩支座系統在大沖擊載荷下的緩沖和隔減振兼容能力有限。

磁敏橡膠由于材料的剪切模量和阻尼損耗因子在外加磁場下具有優良的力學可調性能，已用于緩沖隔振支座設計領域。磁敏橋墩支座具有剛度阻尼可調可控的特點，能夠根據實際情況實時調整隔振狀態，有效地隔離低頻振動，因而能夠應用于橋梁隔振系統。由于列車制動會產生巨大的墩頂剪切力、梁體位移，車橋系統多狀態耦合振動情況十分復雜，給墩-梁及支座帶來嚴重的結構安全隱患。目前，仿人智能控制策略在協調解決多狀態耦合振動控制領域內取得了很多研究成果，而遺傳算法有隨機搜索能力及可擴展性強，能很好地對單個狀態控制目標進行尋優。因而，由仿人智能控制器與遺傳算法相結合來研究列車制動下引起的車、橋(支座)耦合振動控制問題具有一定的價值。

發明內容

有鑒于此，本文發明提供了一種車輛制動作用下磁敏橋墩支座隔振系統的智能控制方法及平臺，可以有效提高隔振能力。

本發明提供了一種車輛制動作用下磁敏橋墩支座隔振系統的仿人自適應控制方法，所述橋墩支座隔振系統包括：橋面、磁敏橋墩支座、橋墩及地基，所述 磁敏橋墩支座設置于所述橋墩之上用于支撐所述橋面，所述磁敏橋墩支座為一個可同時變剛度和變阻尼的磁敏彈性體，其中，所述方法包括：

(1)采集隔振系統三個方向的振動狀態，包括順橋向、橫橋向及垂橋向的位移、速度、加速度及力的大小；

(2)根據采集到的信息確定列車位置，并根據三個方向的振動幅度結合列車位置確定隔振系統的振動狀態；

(3)根據步驟(2)判斷各個磁敏橋墩支座位置處的振動狀態，不同的振動狀態對應著不同的控制輸出，形成仿人自適應控制方法。根據所述步驟(1)提取出橋梁-支座系統各個位置的位移、速度、加速度及力的信號并轉化為仿人自適應控制中的感知特征模型，并實時調整控制器參數，根據振動狀態劃分得到控制中的輸出控制模型以及關聯模型，其中輸出控制模型包含了保持控制、比例控制、遺傳算法控制及比例積分控制算法對磁敏橋墩支座控制力進行求解。

(4)根據磁敏橋墩支座的輸入輸出特性，計算步驟(3)求解得到磁敏橋墩支座控制力值對應的電流值，并根據計算出來的電流值調節所述磁敏橋墩支座的驅動電流。

進一步，所述振動狀態根據仿人自適應控制方法劃分為八種。具體包括：平衡狀態A、順橋向振動L、橫橋向振動H、垂橋向振動V、順橫橋耦合振動LH、順垂橋向耦合振動LV、橫垂橋向耦合振動HV、順橫垂橋向耦合振動LHV。這八種振動狀態類似，分別代表橋梁隔振系統三個方向上的振動烈度。通過仿人自適應算法控制磁敏橋墩支座電流使順、橫、豎橋向振動狀態迅速恢復到平衡狀態。

1.進一步，所述順橫垂橋向耦合振動LHV的感知特征模型為：多個特征基元進行“與”運算形成特征模態，且多個特征模態通過協調與沖突調解組合為感知特征模型。

采集系統中傳感器感知到的輸入信號縱向位移、縱向速度、縱向位移峰值以及墩頂剪力等，通過特征提取形成特征基元u_x、u_y、u_z、v_x、v_y、v_z、a_x、a_y、a_z、F_x、F_y、F_z。上述特征基元分別為順橋向、橫橋向及垂橋向位移、速度、加速度及力的大小；