[發明專利]一種列車剛性弓網接觸力全光纖測量方法及系統

有效

• 申請號: 202111105298.9
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113820054B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 黃國君;程桂軍;楊國偉;張玲芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

1.一種列車剛性弓網接觸力全光纖測量方法，其特征在于，包括：

應用光纖傳感器串測量接觸網離散點的彎曲應變動力學響應；

確定當前列車弓網的預設接觸力參數；

依據所建立的列車弓網系統中接觸力激勵下接觸網的動力學方程計算所述預設接觸力參數對應的接觸網的撓度動力學響應；

基于所述計算所得接觸網撓度動力學響應計算接觸網測點處的彎曲應變，并與光纖應變傳感器所測到的測點彎曲應變動力學響應比較，計算弓網接觸力反演誤差；

根據優化算法從上述弓網接觸力反演誤差對弓網接觸力參數進行修正，得到當前列車弓網的候選接觸力參數，將當前候選接觸力參數作為新的預設接觸力參數重復上述反演計算；在所述候選接觸力參數滿足弓網接觸力反演的預設誤差條件的情況下，將所述候選接觸力參數確定為目標接觸力參數。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據光纖傳感器串測量接觸網離散點的彎曲應變動力學響應，包括：

應用多只布拉格光纖光柵傳感器串測量接觸網上多個離散測點處的梁彎曲應變，將所述梁彎曲應變確定為所述彎曲應變動力學響應的測量值。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述依據所建立的列車弓網系統中弓網接觸力激勵下接觸網的動力學方程計算所述預設接觸力參數對應的接觸網的撓度動力學響應，包括：

依據列車弓網系統中弓網接觸力激勵下的接觸網動力學方程，所述動力學方程如下：

式中，Y(x,t)為梁的撓度；ρ(x)和A(x)為梁的體密度和橫截面積；c(x)為材料阻尼系數；E(x)表示梁的彈性模量；I(x)為梁截面慣性矩；m_j和k_j分別為懸掛機構的等效彈簧的質量和剛度，x_j(j＝1,N)為彈簧位置坐標，N為彈簧總數，δ(x)為狄拉克函數；f_c(t)和x_c(t)分別為接觸力參數插值得到的接觸力大小和接觸位置隨時間變化的分布函數；

將所述預設接觸力參數表達的接觸力和接觸位置函數輸入到所述動力學方程中，得到所述接觸網的撓度動力學響應。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述接觸網的撓度動力學響應計算接觸網測點處彎曲應變動力學響應的重構值，并與光纖應變傳感器測點的彎曲應變動力學響應的測量值作比較，計算兩者的差異作為弓網接觸力反演誤差，所述方法包括：

基于所述接觸網撓度動力學響應計算接觸網測點處的彎曲應變動力學響應的重構值ε^R如下式表示：

式中h(x_k)為接觸網測點x_k處傳感器安裝點距接觸網等效梁中性面的高度，M為接觸網應變測點總數，和為接觸力參數向量，其分量分別表示受電弓到達給定的不同識別點處的時刻及接觸力大?。?/p>

根據測點處彎曲應變的測量值和重構值計算弓網接觸力反演誤差，所述弓網接觸力反演誤差的計算公式為：

式中，ε^M(x_k,t)為測點處彎曲應變的測量值，T為總測量時段。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據優化算法從上述弓網接觸力反演誤差對弓網接觸力參數進行修正，得到當前列車弓網的候選接觸力參數，將當前候選接觸力參數作為新的預設接觸力參數重復上述反演計算；在所述候選接觸力參數滿足弓網接觸力反演的預設誤差條件的情況下，將所述候選接觸力參數確定為目標接觸力參數，包括：

以弓網接觸力和接觸時間參數為優化變量，進行計算使得所述弓網接觸力反演誤差取最小值：

根據優化算法從上述弓網接觸力反演誤差對弓網接觸力參數進行修正，得到當前列車弓網的接觸力參數作為新的所述預設接觸力參數，重復上述反演計算，經迭代運算在所述弓網接觸力反演誤差滿足預設的誤差條件的情況下，將當前的候選接觸力參數確定為目標接觸力參數，從而獲得接觸力及接觸位置的時程變化。