高速列车气密性检测试验台测控系统的研究与实现

针对高速列车车体气密疲劳强度试验需求,研究列车气密性检测试验台的控制系统方案结构,论述了控制系统的控制方法策略,以及进行数据采集及监控的技术方案研究.     

基于LabVIEW的车辆冲击试验台测控系统设计

对应用于铁道机车车辆缓冲器及车体进行冲击试验的试验台测控系统进行了研究;基于LabVIEW技术,设计了车辆及其缓冲器冲击试验台的测控系统;对测控系统构成及原理进行了介绍,并描述了电机控制系统和软件功能;借助于计算机多功能接口卡,由计算机完成冲击试验台的轨道角度以及车辆的锁闭和释放控制,通过不同轨道角度的控制实现对不同的车辆冲击速度的控制,并可完成对车钩、缓冲器及车辆冲击应力的测试;最后进行的试验表明试验台达到了设计要求.     

行业动态

行业动态中国高速列车自主创新联合行动计划工作会议在北京召开 2月10日,科技部、铁道部在北京组织召开了中国高速列车自主创新联合行动计划工作会议,内容有：“十一五”国家科技支撑计划“中国高速列车关键技术研究及装备研制”重大项目、“十二王”国家科技支撑计划“智能化高速列车系统关键技术研究及样车研制”重大项目、863计划“最高试验速度400km／h高速检测列车关键技术研究与装备研制”各课题的研究进展情况。     

基于车体横移振动的高速列车虚拟复合阻尼天棚控制算法研究

高速列车车体横向随机振动由车体的横移振动、侧滚振动和摇头振动三自由度合成,是影响车体横向运行平稳性的关键;为了改善列车横向运行平稳性,提高半主动控制性能;通过建立某型高速列车动力学模型,对车体横向振动特性进行分析,得出横移振动的加剧是造成车体合成横向振动和横向平稳性恶化的主要原因;通过分析在传统天棚阻尼控制算法下分别以车体合成横向振动为反馈和以横移振动为反馈对车体横向振动的控制效果,得出采用以车体横移振动为反馈的传统天棚阻尼控制算法对车体横向振动的抑制效果更佳;在此基础上,提出一种以车体横移振动为反馈的虚拟复合阻尼天棚控制算法,并进行联合仿真分析;结果表明:相比于被动控制,采用虚拟复合阻尼天棚控制算法后,车体合成横向振动加速度峰值、均方根值和平稳性改善率分别达到了46%、43%和19.5%,均高于采用传统天棚阻尼控制算法;可见,采用虚拟复合阻尼天棚控制算法在抑制车体合成横向振动,改善车体横向平稳性方面控制性能更佳。     

多维力疲劳试验台监控系统的设计与实现

为了实现对大型结构件的疲劳试验,模拟其实际工况,采用六自由度平台的结构形式设计成多维力疲劳试验台.针对该疲劳试验台的功能和控制要求,介绍了采用研华工控系列产品的计算机监控系统.数据采集及控制输出均采用研华输入输出模块,上位机在VC++平台上编写监控程序;下位机采用嵌入式Linux实时系统,时疲劳试验台做六自由度协调控制...     

基于大数据的高速列车气动载荷作用下迭代学习主动控制研究

列车在高速运行的过程中与另一列车相交会时,将产生剧烈的瞬态气动载荷冲击而引起车体瞬间横向振动加剧,导致列车横向平稳性恶化;为了改善列车运行平稳性,采用大数据方法及迭代学习控制思想,提出基于高速列车运行大数据的迭代学习主动控制算法,并进行多体动力学与控制算法的联合仿真,进一步研究控制算法对会车气动载荷幅值变化和会车时间变化的鲁棒性;结果表明:大数据迭代学习主动控制经过5次迭代后对会车气动载荷激扰下的车体横向振动峰值降低52.67%,且控制算法对会车工况变化有较好的鲁棒性。     

高速列车复合材料地板振动性能分析

为分析不同复合材料高速列车地板减振性能的差异,对其进行力学性能测试,分别采用多层叠混合模型及单层模型计算复合结构材料的等效参数并验证.建立包含内装地板的高速列车车体有限元模型;基于实车线路测试结果,以车体底架振动加速度信号作为地板瞬态响应激励,计算复合地板材料结构的瞬态振动响应及振动传递率,得到不同复合材料地板的振动特性.研究结果表明：桦木芯材优于桤木芯材;外层面板厚度的增加使得地板的减振性能增强,但过大会导致减振性能下降;不锈钢面板比铝合金面板地板结构固有频率低且质量较大,不利于车体轻量化设计.     

高速列车多目标约束横向半主动控制算法研究

传统的高速列车横向半主动控制研究,主要以提高车体横向运行平稳性为目的;但车体与各部件之间通过二系悬挂与一系悬挂连接传递相互耦合振动作用,因此半主动控制在改善车体横向平稳性的同时,将导致构架横向振动和轮轨横向作用加剧,从而使得列车脱轨系数增大,列车运行安全性能变差;针对这一问题,提出在虚拟惯性阻尼半主动控制和脱轨安全半主动控制的基础上,设计两个控制回路的多目标约束下的混合半主动控制算法,在实现列车横向半主动控制提高平稳性的同时,控制脱轨系数的恶化,从而同时提高列车平稳性和脱轨安全性能;并利用Simpack建立了某型高速列车多刚体动力学模型,联合Matlab/Simulink建立了联合仿真分析系统对车体横向半主动控制进行研究;结果表明:采用多目标约束半主动控制算法后,车体横向振动加速度峰值和均方根值分别降低了36%和34%,平稳性改善了15%,脱轨系数减小了17%;可见采用多目标约束半主动控制算法不仅能够有效抑制车体横向振动,改善列车运行平稳性,而且还能减小列车脱轨系数,提高列车运行安全性。     

高速列车车体结构振动特性分析

为验证某高速列车车下吊挂系统模态与车体模态的匹配关系,以及不同轮轨载荷下振动热点区域的幅频响应特性,用HyperMesh建立车体有限元模型,利用Radioss对模型进行模态、频率响应和谐响应分析,得到整车模态参数和车体各测点的响应变化曲线.结果表明,吊挂设备采用弹性悬挂可大幅增加整备状态下垂向弯曲频率;该车空调平顶处局部刚度大幅下降,吊挂设备的垂向激励频率应该避开24 Hz及其倍频;吊挂设备不宜直接吊挂在地板上.     

高速列车车体疲劳试验压力加载控制仿真研究

高速列车在隧道通过或明线交会时,列车表面会产生较大的气压波动,此压力波动通过车体传递到车内也会影响车内压力波动,加之运行速度的不断提高,可引起车体表面材料疲劳甚至断裂;为研究高速列车在复杂工况下车内、外压力波动对车体材料疲劳性能的影响,设计了一种能同时对车内及车外进行压力加载的试验系统;利用AMESIM与SIMULINK接口技术进行联合仿真平台的构建,并进行车内、外压力控制仿真;针对系统数学模型难以建立,且存在大容量、大时滞、非线性及多扰动等特点,采用基于前馈补偿的高阶非因果型迭代PI型控制算法实现车内及车外压力的精确控制;仿真结果表明该算法控制误差较PI型控制算法小,控制效果更理想。     

高速列车车体气密疲劳强度试验台控制软件界面设计

针对高速列车车体气密疲劳强度台设计了相应的控制软件界面。基于虚拟仪器技术,应用虚拟仪器开发环境LabVIEW完成该实验台控制软件的图形化用户界面的设计。界面系统由数据监控、波形生成、数据回放、高级设置4个子界面组成,在功能上可以满足高速列车车体气密疲劳强度试验的控制需求。在设计中引入人机工程学原理,使界面具有良好的可操作性,同时减轻用户对操作界面及气密疲劳强度试验流程的认知负担。     

基于模糊PID控制的列车主动悬架振动控制研究

为了研究高速列车主动悬架系统横向振动控制,将研究对象简化为二自由度1/4车悬挂模型,研究了高速列车车体的横移、侧滚为变量的列车悬挂控制系统,采用德国轨道谱作为列车的激励拟合。算法控制器选择方面,在PID控制和模糊控制的基础上,建立模糊PID控制,并建立了基于模糊PID控制的高速列车主动悬架横向振动控制系统,通过MATLAB仿真生成关系曲线,验证了模糊PID控制算法具有更好的控制效果。     

高速列车车内低频气动噪声预测

为研究气动载荷下高速列车的车内低频噪声,建立高速列车空气动力学模型,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)法计算中间车的表面脉动压力.将脉动压力加载到高速列车的有限元模型上,通过瞬态分析得到车体的振动位移响应;将位移响应作为边界条件,采用边界元法(Boundary Element Method,BEM)分析车内噪声.结果表明：车窗振动位移最大,车顶和车底次之;中间车车厢的两端声压比中部大;在低频范围内,车厢内声压呈强弱交替分布,声场强弱界限较明显,且随着频率的增大,沿车体纵向和横向干涉条纹增多;车内低频气动噪声随速度二次方的增大而增加.     

高速列车牵引传动系统故障测试与验证仿真平台研究

牵引传动系统作为高速列车能量传递与转换的核心部分, 是保障高铁安全稳定运行的关键系统之一. 故障测试与验证平台是确保实时故障诊断技术在高速列车上有效应用的重要手段和途径. 围绕高速列车牵引传动系统故障测试与验证平台中面临的挑战性问题和关键技术, 本文从故障注入、仿真可信度评估、算法性能评估和仿真平台实现等方法和技术方面进行分析, 并针对上述难题概述了一些解决方案, 提出并构建了一种集高速列车实时仿真、故障运行行为逼真模拟以及随机故障测试和故障诊断算法评估于一体的牵引传动系统故障测试与验证实时仿真平台. 最后, 总结展望了高速列车安全监测验证平台未来研究方向.     

基于小波分析的高速列车车体运行状态估计

基于监测数据评估高速列车空气弹簧和横向减振器等关键部件的运行状态, 针对车体垂向加速度振动信号, 提出了小波包能量矩的列车状态估计方法。首先分析车体垂向振动特征, 对不同工况和不同速度下的信号进行小波包分解, 并重构能量较大的频带信号, 再计算各频带的小波包能量矩特征, 不同频带信号的小波包能量矩变化反映了列车运行状态的改变。将不同频带的小波包能量矩组成特征向量, 最后用支持向量机进行故障识别。实验数据仿真分析表明, 列车空簧失气故障和横向减振器失效故障识别率为100%, 说明该方法能很好地估计出高速列车的故障状态。     

高速列车隧道压力波模拟迭代遗忘因子控制

高速列车在隧道运行、隧道交会时车内、外会产生交替变化的气压差,对车体气密性及材料耐疲劳强度提出更高要求.基于Matlab和AMESim构建联合仿真平台,设计高速列车隧道压力波模拟系统.使用实测隧道压力波数据作为期望输出,研究车体气密疲劳性能.考虑到模拟系统非线性、大时滞及多扰动特点,采用一种带有时变遗忘因子的开环迭代PID控制算法.仿真结果表明,其系统更稳定、收敛速度更快.     

关联维数在高速列车运行状态评估中的应用研究

基于监测数据评估高速列车空气弹簧和横向减振器等关键部件的运行状态,针对车体横向加速度振动信号,本文提出了关联维数的列车状态评估方法,分析了车体横向振动特征,对时域信号进行了频谱分析,并进一步分析了关联维数。为了计算关联维数,需先对信号进行相空间重构,然后求出重构相空间的两个关键参数;用互信息量方法[1]求出最佳延迟时间和用CAO [2]方法求出最佳嵌入维数。通过对监测数据的关联维数分析,证明了该列车在四种不同标准状态下的工况具有明显不同的关联维数特征。因此,按照关联维数的大小,就可诊断出列车可能出现的故障。研究结果表明,关联维数分析方法在设备状态监测与故障诊断中,尤其是在非线性系统的故障诊断中显示出其独特的优势,具有较为广阔的应用前景。     

浅析高速列车研制企业对工业设计的投入问题

工业设计在高速列车设计过程中起着重要的作用,研制企业应该充分重视车辆的工业设计,需要对其进行长期而有效的投入。文章首先对高速列车研制企业对工业设计方面投入的必要性进行了阐述：然后对投入与设计要素的关系进行了辨析,提出企业应在设计团队建设、设计设施和设备、研究项目及预研究三个主要方面进行投入;最后倡议高速列车研制企业应与工业设计强校进行合作,形成校企优势互补的协同设计模式。     

业界信息

行业动态中国高速列车自主创新联合行动计划工作会议在北京召开2月10日,科技部、铁道部在北京组织召开了中国高速列车自主创新联合行动计划工作会议,内容有:"十一五"国家科技支撑计划"中国高速列车关键技术研究及装备研制"重大项目、"十二五"国家科技支撑计划"智能化高速列车系统关键技术研究及样车研制"重大项目、863计划"最高试验速度400km/h高速检测列车关键技术研究与装备研制"各课题的研究进展情况。"基于非测距的无线网络定位理论与方法研究"获国家自然科学     

基于LXI总线的多通道振动信号测试系统设计

针对某些大型复杂装备的振动信号采集需求,测控场景需对上百通道的振动信号实现同步测量;而单一采集仪器很难满足百道测试需求,因此,文章研制了一种可扩展的多通道振动信号采集与分析系统;该系统采用LXI总线架构,其主控计算机与设备和设备间均采用LAN进行数据通信;振动测量模块采用了大动态范围数据采集技术,且主控系统软件采用分布式数据管理模式;最终,主控计算机以仪器驱动函数方式通过通信协议合理调控采集模块参数,并通过综合数据分析得到振动信号的故障诊断结果;通过对某型高速列车的轴箱轴承进行振动信号采集与数据分析,得到某一轴承出现了故障,验证了所设计测试系统的有效性。