摆式列车受电弓主动控制仿真

建立摆式列车多刚体系统动力学模型、受电弓非线性动力学模型和接触网有限元动力学模型.将受电弓基座通过滚轮安装在车顶的导轨上,使用伺服电动机驱动受电弓框架在导轨上横向运动,实现受电弓横向主动控制.当列车在直线轨道上运行时,利用受电弓的横向主动控制,根据导轨形状约束使受电弓框架同时垂向移动,从而减小弓网接触压力波动.在曲线轨道上,受电弓需要相对车体反向倾摆,使弓网接触点在弓头上的横向位置满足受电弓工作范围要求.并且使受电弓框架垂向位移和侧滚角度足够小,弓网接触压力达到车辆正常曲线通过时的水平.设计两种受电弓导轨外形.采用数值仿真方法,比较分析两种导轨下的控制效果和弓网振动.计算结果表明,直线轨道上和曲线轨道上的受电弓横向主动控制效果明显,能有效提高弓网接触压力最小值,减少离线发生次数,同时不会改变弓网接触压力的平均值.     

基于弓网接触力优化的主动控制式受电弓研究及设计

为改善高速动车组用受电弓弓网受流质量,提出并设计了一种基于弓网接触力优化的主动控制式气囊受电弓,该受电弓通过在线调节气囊气压,提高了弓网受流稳定性。     

低速单臂受电弓结构参数的优化设计

在建立单臂受电弓结构数学模型的基础上，以保持受电弓与电网良好接触作为约束条件，以弓头的升弓轨迹、所需升弓转矩以及弓头平动姿态为目标．运用多目标优化技术对某低速单臂受电弓结构参数进行优化设计，得到了使受电弓性能达到最优的设计参数；在建立单臂受电弓三维模型的基础上．运用虚拟样机技术，对受电弓的性能进行仿真分析-将仿真结果和优化结果进行比较分析．进一步验证了优化结果与优化方法的正确性。     

降低弓网磨耗的受电弓主动控制策略研究

为了减少受电弓与接触网的磨耗,延长弓网使用寿命,同时保证弓网受流质量,在载流摩擦磨损理论、控制理论和微控制技术基础上,提出一种基于接触网磨损量检测和弓网接触压力受控的受电弓主动控制策略,并从软件方面对控制系统受到的电磁干扰进行防护设计。受电弓采用该主动控制策略,能明显降低弓网的磨损量,有效控制弓网接触压力的波动,提高和改善高速机车的受流质量。     

弓网接触力的区间二型模糊PID半主动控制

针对不确定性条件下轨道交通列车弓网接触力改善的问题,首次提出了 一种基于区间二型模糊PID(IT2F-PID)的受电弓半主动控制方法.首先,建立了三元弓网半主动控制模型.其次,设计了 IT2F-PID半主动控制器,并且与一型模糊PID(T1F-PID)和PID半主动控制器对弓网接触力的控制效果进行对比分析.进一步考虑受电弓存在模型不确定性和外部扰动的问题.最后,以DSA380型受电弓为对象进行仿真实验验证.实验结果表明:当列车运行速度为200 km/h和300 km/h时,相较于被动控制,IT2F-PID半主动控制算法作用下的弓网接触力标准差分别降低了18.21％和24.91％,能有效改善弓网受流质量.另外,与主动控制相比,设计的半主动控制器具有所需能量更少的优点,而且拥有更好的处理模型不确定性以及抗扰动能力.     

[设计与优化]基于协同优化算法的高速受电弓多学科设计优化

考虑不同学科间的相互影响及耦合作用对受电弓设计优化的影响,分析了高速受电弓不同性能的设计要求,采用多学科设计优化思想建立了受电弓多学科设计的系统级优化模型及运动学、静力学、动力学和控制学的子系统优化模型;根据不同学科设计参数的耦合关系,采用协同优化方法,获取高速受电弓整体设计优化结果;建立受电弓的三维模型,采用有限元软件ANSYS验证了受电弓优化结果的有效性。结果表明：受电弓多学科协同设计优化不仅满足系统级和各个学科的设计要求,还获得高速受电弓系统的整体最优解或满意解,提高了受电弓的工作性能,降低了弓网接触力的波动,改善了弓网受流质量。     

基于磁流变阻尼器的受电弓主动控制分析与验证

作动器是受电弓主动控制系统应用的瓶颈,磁流变阻尼器作为新型材料磁流变液发展而来的智能化元器件具有很多优良特性,将其用于弓网接触力的主动调节。首先建立了精确的磁流变阻尼器正向扩展双曲正切模型和逆向简化双曲正切模型,同时建立了和磁流变阻尼器结合的弓网耦合系统模型;为分析其在不同出力时程下的特性,设计了最优控制器、变结构控制器和模糊控制器对受电弓进行控制,并以SSS400+型受电弓为对象进行验证;最后以实际所需的主动控制力为标准,分析了作动器对理论控制力的跟踪能力。研究结果表明:磁流变阻尼器在不同控制策略的出力时程中均有较好表现,由于其较快的反应时间、较好的跟踪精度和较小的能量消耗,将其作为受电弓主动控制系统中的作动器具有很大的应用价值和发展潜力。     

基于应变响应反演技术的弓网动态接触力监测方法及应用研究

实时监测接触网-受电弓的动态接触力对于弓网取流质量的评估至关重要。提出了一种基于应变响应反演弓网动态接触力大小和受力位置的监测方法,详细阐述了该方法的测量原理和传感器安装方法以及关键参数的标定实验。基于该方法的弓网动态接触力监测系统成功应用于某地铁刚性架空接触网测试项目中,对地铁在60 km/h和80 km/h运行状态下受电弓弓网动态接触力大小及位置进行实时监测和分析。结果表明,基于应变响应反演技术的动态接触力测量方法具有测量精度高、数据一致性好、传感器安装灵活的优点,不仅可以准确地还原弓网动态接触力,而且可以定位受电弓碳滑板上的弓网接触位置,能够有效的评估弓网耦合系统的性能质量。     

计及接触线脉动风激励的受电弓主动控制研究

针对外部环境脉动风激励对弓网耦合系统动态耦合性能造成的影响,提出了一种受电弓变论域模糊分数阶P ID主动控制方法.修正了脉动风激励下的简化弓网模型,分析了脉动风激励在接触线产生的抖振力,得到了不同风攻角和风速下的弓网系统接触压力.将接触压力误差及误差变化率作为变论域模糊分数阶P ID控制的输入,实时调整P ID参数.利用论域伸缩因子调整模糊控制论域,提高了模糊控制精确性.利用Oustafod滤波器有理化了分数阶微积分算子,提高了PID控制器灵活性.仿真结果表明,设计的控制器在脉动风环境下能有效减小接触压力波动,降低弓网离线率,提高了系统的鲁棒性.     

弓头悬挂结构对受电弓性能的影响分析

为研究弓头悬挂结构对受电弓性能的影响,基于不同弓头悬挂结构的受电弓,搭建了刚性接触网条件下的弓网系统动力学耦合模型,对弓网接触力等进行仿真分析,对比不同弓头悬挂结构对弓网受流性能的影响。基于模态及振动理论,对不同弓头悬挂结构受电弓弓网受流性能的差异进行辨识。通过强度理论及机械结构概率设计方法,对相同工况下不同弓头悬挂结构的受电弓强度及可靠性进行分析。     

基于模糊反演法的参数不确定弓网接触载荷控制

弓网系统具有复杂的电气、机械耦合特性,提高弓网受流性能是目前高速铁路系统亟待解决的关键问题,而弓网主动控制则是稳定弓网接触载荷、改善其受流质量的重要措施。从控制理论的角度出发,针对弓网系统存在风载荷与参数不确定性的问题,提出了基于模糊系统的弓网接触载荷反演精确控制方法。具体而言,采用虚拟控制律,逐步反演递推选择Lyapunov函数,设计模糊系统逼近不确定性与虚拟控制律微分,并进行相应的稳定性分析。仿真与实验结果表明,所提出的模糊反演控制策略能减弱弓网不确定性的影响,且能有效抑制弓网接触载荷的波动,并改善其受流质量。     

受电弓动态参数研究

建立了受电弓与接触网的数学模型，用广义坐标法，推导了受电弓－接触网耦合系统运动方程，用Matlab语言编制了仿真计算程序，根据仿真计算结果分析了受电弓各动态参数对受流质量的影响，得到了受电弓的优选参数。     

基于两级气压伺服系统的高速受电弓主动控制研究

针对弹性链型悬挂接触网利用有限元法建立接触网模型,采用多体动力学建立受电弓模型,通过接触力元将接触网和受电弓进行耦合建立弓网耦合模型.然后建立气压伺服系统数学模型,根据车速信号采用比例控制策略控制升弓气囊提供弓网静态接触压力,根据采集得到的动态接触力信号采用模糊控制策略控制空气弹簧提供动态接触压力的补偿力.作动器分别作用于下臂杆和弓头悬挂,通过底架上的低频调节和弓头上的高频调节两级方式,主动控制接触压力,实现高速受电弓的稳定受流.     

弓网电弧模拟发生装置及其试验

随着高速铁路的快速发展,弓网电弧现象及危害愈发明显,值得深入研究。对国内外现有弓网电弧模拟发生装置进行了综述分析,设计了一套弓网电弧模拟发生装置。该装置通过旋转轮盘与碳刷相对运动,产生旋转电弧,能够模拟受电弓与接触网的相对运动。试验初步测试了电弧对系统的电压电流的影响。     

高速列车吊弦冲击动力特性的仿真研究

针对不同受电弓和接触网之间的接触作用关系,分析了吊弦开始受到冲击到冲击结束的过程。从吊弦线夹受到起始冲击时接触线的抬升高度出发,分析了弓网静态接触力等因素对吊弦载荷因素的影响,采用LS-DYNA进行了验证分析,证明弓网静态接触力的减小对冲击力有显著的改善,得出了影响冲击力大小的边界条件和改进建议,具有一定的工程应用价值。     

电力机车受电弓动态性能优化

在建立单臂受电弓模型的基础上,对高速铁路受电弓在运行过程中的接触力性能、几何参数及弓头轨迹等进行优化,结果表明在新的参数下弓网系统的接触力波动得到明显抑制,受电弓动态性能得以提高,为进一步开发高速机车受电弓提供了借鉴。     

基于微分几何理论的高速列车弓网接触控制研究

对接触网的刚度进行非线性最小二乘拟合，建立弓网系统非线性模型，采用微分几何理论对弓网间接触力波动幅度进行控制，提出一种输出一干扰解耦方法，通过适当的非线性坐标变换，将其转化为线性系统，并施以最优控制，仿真结果表明，控制效果良好。