[發(fā)明專利]基于H∞控制的高速列車橫向半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)及控制方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710609924.5 | 申請日： | 2017-07-25 |
| 公開（公告）號： | CN107544243A | 公開（公告）日： | 2018-01-05 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 祝喬;胡廣地 | 申請（專利權(quán)）人： | 西南交通大學(xué) |
| 主分類號： | G05B13/04 | 分類號： | G05B13/04;B61F5/00 |
| 代理公司： | 成都信博專利代理有限責(zé)任公司51200 | 代理人： | 王沙沙 |
| 地址： | 610031 四川省成都市*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 控制 高速 列車 橫向 主動(dòng) 懸掛 控制系統(tǒng) 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于高速列車懸掛領(lǐng)域，具體涉及一種基于H∞控制的高速列車橫向半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)
最近幾年高速列車取得了很大的進(jìn)步，隨著越來越多的列車速度和輕量化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，由軌道不規(guī)則、隧道、橋梁引起的振動(dòng)，側(cè)風(fēng)將極大地影響到穩(wěn)定性、安全性和乘坐質(zhì)量；因此主動(dòng)/半主動(dòng)的鐵路車輛懸掛系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于減少列車車身不必要的振動(dòng)；而我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的技術(shù)很難同時(shí)提高列車的穩(wěn)定性和乘坐質(zhì)量。由此本發(fā)明設(shè)計(jì)基于H∞控制器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)通過優(yōu)化控制輸出指標(biāo)來同時(shí)改善穩(wěn)定性和乘坐質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種可改善列車半主動(dòng)懸掛性能的基于H∞控制的高速列車橫向半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)及其控制方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于H∞控制的高速列車橫向半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)，包括分別設(shè)置在列車前后的兩套結(jié)構(gòu)相同系統(tǒng)構(gòu)成，每套系統(tǒng)包括用于采集車身垂向振動(dòng)加速度的加速度傳感器、基于H∞的懸掛控制器、電流控制器和磁流變阻尼器；基于H∞的懸掛控制器連接加速度傳感器和電流控制器；電流控制器連接磁流變阻尼器，磁流變阻尼器連接轉(zhuǎn)向架。
一種基于H∞控制的高速列車橫向半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
A、構(gòu)建列車半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)的被控對象模型，獲得模型參數(shù)；
B、根據(jù)牛頓定律，建立關(guān)于車身、轉(zhuǎn)向架和輪對的動(dòng)力學(xué)方程，根據(jù)上述方程得到狀態(tài)空間模型；
C、構(gòu)建基于H∞的懸掛控制器，根據(jù)步驟A構(gòu)建的模型和H∞理論計(jì)算控制器增益，根據(jù)步驟B得到的狀態(tài)空間模型和控制器增益得到列車半主動(dòng)懸掛的控制所需要的主動(dòng)力；
D、電流控制器根據(jù)主動(dòng)力控制電流大小，磁流變阻尼器根據(jù)電流大小輸出相應(yīng)阻尼到轉(zhuǎn)向架上實(shí)現(xiàn)控制。
進(jìn)一步的，所述車身動(dòng)力學(xué)方程為：
式中：mc為車身質(zhì)量，ksx為二級懸掛雙倍主縱向剛度，ksy為二級懸掛雙倍側(cè)向剛度，ksz為二級懸掛雙倍垂向剛度，yc為車身橫向位移，hcs為車身重心到二級懸掛的垂直距離，hts為車架中心到二級懸掛的垂直距離，csx為二級懸掛雙倍主縱向阻尼，csy為二級懸掛雙倍側(cè)向阻尼，csz為二級懸掛雙倍垂向阻尼，yc為17-自由度車身的橫向位移，為yc的一次求導(dǎo)，為yc的二次求導(dǎo)，θc為17-自由度車身的側(cè)傾角，為θc的一次求導(dǎo)，為θc的二次求導(dǎo)，yt1、yt2為17-自由度轉(zhuǎn)向架的橫向位移，為yt1的一次求導(dǎo)，為yt2的一次求導(dǎo)，θt1、θt2為17-自由度轉(zhuǎn)向架的側(cè)傾角，為θt1的一次求導(dǎo)，為θt2的一次求導(dǎo)，f1、f2分別為安裝在前后轉(zhuǎn)向架上的致動(dòng)器產(chǎn)生的前后作用力，Jcx為車身橫擺慣性矩，Jcz為車身旋轉(zhuǎn)慣性矩，為ψc的二次求導(dǎo)，為ψc的一次求導(dǎo)，ψc為17-自由度車身擺橫角，ψt1、ψt2為17-自由度轉(zhuǎn)向架的橫擺角，ds為，為ψt1的一次求導(dǎo)，為ψt2的一次求導(dǎo)，l為車身半間距。
進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)向架動(dòng)力方程如下，式中i＝1，2：
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