EMS型磁浮列車-橋梁耦合振動控制技術(shù)研究.pdf

1、磁浮交通因其非接觸、無磨損、噪聲低等特點，在我國城軌交通中呈現(xiàn)出很好的發(fā)展前景。然而，懸浮系統(tǒng)的有源特性引發(fā)的磁浮列車-橋梁耦合自激振動是傳統(tǒng)輪軌交通中沒有的新問題，也是影響磁浮交通性能和造價的關(guān)鍵問題。本文圍繞磁浮列車-橋梁耦合自激振動問題，以北京市中低速磁浮交通示范線(S1線)首列車等的試驗調(diào)試為平臺，從耦合系統(tǒng)建模，振動機理分析、主要影響因素探討、抑制算法驗證等方面開展了研究。
　　從建模上，首次提出了用于研究磁浮列車-橋梁

2、耦合自激振動的最小動力學(xué)模型。車橋耦合系統(tǒng)包括橋梁子系統(tǒng)和懸浮子系統(tǒng)。對于橋梁子系統(tǒng)，包含橋梁、軌排及橡膠墊片等，難以有效建模。本文采用實驗建模方法，分析了實際系統(tǒng)自激振動時的狀態(tài)信號和特征參數(shù)，證明可以忽略各部分的連接關(guān)系，建立橋梁子系統(tǒng)的簡支梁模型。對于懸浮子系統(tǒng)，考慮到磁浮列車包含多個轉(zhuǎn)向架，每個轉(zhuǎn)向架包含四個懸浮點，轉(zhuǎn)向架和車體之間通過二次懸掛系統(tǒng)連接，本文采用逐層簡化的方法，證明了單懸浮點是研究自激振動的最小懸浮單元。從而提出

3、了磁浮列車-橋梁耦合自激振動系統(tǒng)的最小動力學(xué)模型。
　　從機理上，首次從三個角度闡述了出現(xiàn)自激振動的原因。本文推導(dǎo)了耦合系統(tǒng)的特征方程及穩(wěn)定性條件，得出了二次耦合項是導(dǎo)致磁浮列車-橋梁耦合系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因。其次從能量的角度，得到了懸浮系統(tǒng)的有源功率以及橋梁不斷積聚能量的條件，推導(dǎo)出了自激振動的頻率范圍。最后根據(jù)耦合系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，利用Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)，分析了自激振動的機理，得到了橋梁模態(tài)頻率、懸浮系統(tǒng)有源臨界頻率、耦合

4、系統(tǒng)能量臨界頻率對自激振動穩(wěn)定性的影響，為優(yōu)化橋梁的設(shè)計提供了理論參考。
　　從抑制策略上，首次借鑒電磁能量俘獲器的原理，將懸浮電磁鐵本身作為能量俘獲器的執(zhí)行機構(gòu)，將橋梁作為能量俘獲器的激勵源，把橋梁振動的機械能轉(zhuǎn)化為電能，從而實現(xiàn)磁浮列車-橋梁耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定。此外，首次提出利用磁通內(nèi)環(huán)簡化耦合自激振動框圖的方法，并基于磁通內(nèi)環(huán)的狀態(tài)反饋算法，首次提出了引入橋梁速度信號和剔除橋梁位置信號反饋的自激振動抑制策略，并進行了充分的數(shù)值仿