高速列車(chē)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)動(dòng)力學(xué)及其控制研究.pdf

1、進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為了解決鐵路客運(yùn)的瓶頸制約，我國(guó)采取對(duì)國(guó)外先進(jìn)高速列車(chē)技術(shù)的引進(jìn)吸收消化再創(chuàng)新的方式，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)鐵路的跨越式發(fā)展，并創(chuàng)造了運(yùn)營(yíng)時(shí)速350km/h的世界最高速。由于運(yùn)行速度的提高，列車(chē)在高速狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性相對(duì)于低速狀態(tài)將產(chǎn)生很大的變化，如輪軌間的相互作用力、牽引電機(jī)的振動(dòng)影響、齒輪間的高速嚙合、空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題等，這些影響將對(duì)高速列車(chē)的運(yùn)行性能以及牽引制動(dòng)的有效性和安全性帶來(lái)更多的不確定性。在傳統(tǒng)的

2、車(chē)輛牽引制動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究中，早期主要是針對(duì)2自由度的單輪對(duì)建模，只考慮輪對(duì)縱向牽引和制動(dòng)及其相關(guān)動(dòng)力學(xué)影響。模型簡(jiǎn)單，只適合作理論上的探討；后來(lái)，建立了考慮轉(zhuǎn)向架、車(chē)體、輪對(duì)之間耦合關(guān)系的動(dòng)力學(xué)模型，以評(píng)價(jià)牽引和制動(dòng)的有效性和安全性，以及各種牽引制動(dòng)方法引起的縱向振動(dòng)對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的影響。這些動(dòng)力學(xué)模型雖然考慮了牽引和制動(dòng)對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)影響，但沒(méi)有從整體的角度(單車(chē)、整列車(chē)或機(jī)電耦合)來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，仍然不夠全面。因此，本文將從考慮傳

3、動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)電耦合的角度，對(duì)高速列車(chē)牽引制動(dòng)控制及其動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入的研究。
　　 本論文所作的主要工作有：
　　 (1)通過(guò)建立異步牽引電機(jī)和逆變器等效數(shù)學(xué)模型，采用圓形磁鏈與六邊形磁鏈相結(jié)合的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
　　 (2)對(duì)輪軌黏著特性進(jìn)行分析，給出了黏著系數(shù)的估計(jì)方法，建立了基于Polach蠕滑力快速算法的傳動(dòng)系統(tǒng)等效簡(jiǎn)化模型，分析了輪軌蠕滑率對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)的影響，以及黏著系數(shù)對(duì)輪對(duì)

4、縱向振動(dòng)的影響。
　　 (3)采用遞歸最小二乘法預(yù)測(cè)黏滑曲線的斜率，應(yīng)用卡爾曼濾波估計(jì)車(chē)輛的參考輪對(duì)速度，獲得了在列車(chē)驅(qū)動(dòng)防空轉(zhuǎn)和車(chē)輛制動(dòng)防滑過(guò)程中黏著系數(shù)的最佳利用。
　　 (4)建立了基于Sanville流量公式的制動(dòng)氣缸的非線性模型，對(duì)氣缸的壓力特性進(jìn)行分析，運(yùn)用滑模控制和邏輯門(mén)限值控制的方法，對(duì)牽引電機(jī)和制動(dòng)氣缸進(jìn)行控制，對(duì)車(chē)輛在高速工況下的電空聯(lián)合制動(dòng)防滑控制進(jìn)行了仿真，并對(duì)兩種控制方法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。

5、>　　 (5)分析牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的影響，建立了包括傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，模型中考慮了轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的非線性力。通過(guò)數(shù)值仿真，研究了轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)非線性反力對(duì)牽引電機(jī)振動(dòng)的影響，對(duì)比分析了考慮與不考慮轉(zhuǎn)子軸承非線性反力時(shí)車(chē)輛在驅(qū)動(dòng)、勻速和惰行工況下的動(dòng)力學(xué)特性。
　　 (6)分析了考慮和不考慮傳動(dòng)系統(tǒng)情況下的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)特性，研究了考慮構(gòu)架柔性時(shí)車(chē)輛的縱向動(dòng)力學(xué)特性的變化，以及在兩種編組條件下車(chē)間縱向減振器對(duì)