PDF《摆式列车受电弓垂向振动主动控制》

第6卷第2期2006 年6月交通运输工程学报Journal of T raffic and Transportation Engineering Vol.

6 No.

2 June

2006 收稿日期 : 2005-

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02 基金项目 : 高等学校博士学科点专项科研基金项目(20030613021) 作者简介 : 罗仁(1979 - ), 男 ,四川德阳人 , 西南交通大学工学博士研究生 , 从事车辆系统动力学及控制研究 . 导师简介 : 曾京(1963 - ), 男 ,湖南涟源人 , 西南交通大学教授 . 文章编号 : 1671- 1637(2006)02 -

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06 摆式列车受电弓垂向振动主动控制 罗仁,曾 京 (西南交通大学 牵引动力国家重点实验室, 四川 成都 610031) 摘要: 建立了摆式列车机电耦合动力学模型 、 受电弓线性和非线性动力学模型及接触网有限元模 型和静态接触刚度模型, 组成摆式列车- 受电弓- 接触网耦合动力学模型, 分别设计了 P 和H∞鲁棒 控制器,应用数值仿真方法,研究了摆式列车直线和曲线通过时两种控制器对摆式列车受电弓垂向 主动控制的效果 .结果表明受电弓若无垂向控制 ,其弓网接触压力波动较大;

P 和H∞鲁棒控制均 能减小弓网接触压力的波动;

控制延时对 P 控制比对 H ∞鲁棒控制的影响大;

是否考虑接触网的振 动对接触压力影响较大, 对控制效果影响不大 .这说明摆式列车受电弓垂向主动控制能明显改善 弓网接触压力波动;

H∞鲁棒控制比 P 控制效果更好;

接触网的静态接触刚度模型可用于受电弓主 动控制的定性分析. 关键词: 摆式列车;

受电弓 ;

主动控制;

动力学仿真 中图分类号 : U264.

34 文献标识码 : A Active control of pantograph vertical vibration of tilting train Luo Ren , Zeng Jing (S tate Key Laboratory of Traction Pow er, Southw est Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan , China) Abstract: In order to study the active control of pantograph vertical vibration , the mechanical- electric coupled nonlinear dynamics model of tilting train w as set up , the linear model and nonlinear model for pantograph were constructed respectively , the finite element model and static contact stiffness model of the catenary w ere developed , the models w ere coupled together to constitute the tilting train- pantograph- catenary dynamics system. The P controller and H∞ robust controller w ere designed , the dynamic behavior of pantograph w ith P and H∞ robust controllers w as studied by numerical simulation method. Numerical simulation result show s that the contact force betw een pantograph and catenary fluctuates heavily during curving negotiation w hen w ithout pantograph vertical control , the fluctuation of the contact force can be reduced evidently if active vertical control is used , H ∞ controller has better control performance than P controller w hen the time delay of the control system is taken into account , the catenary vibration influences the contact force , but the controllers work w ell too.

15 figs ,

11 refs. Key words: tilting train ;

pantograph ;

active control ;

dynamics simulation Author resume : Luo Ren(1979- ), male , doctoral student ,

86 -

28 -

87634057 , luorensw jtu @tom. com ;

Zeng Jing(1963- ), male, PhD , professor , 86- 28-

87600828 , vehicle @ home. sw jtu. edu. cn.

0 引言摆式列车是既有线路列车提速的重要方式[ 1] . 通过安装在头车前转向架上的横向加速度传感器测 量横向未平衡加速度 ,经滤波 、 修正和延时后得到各 车的倾摆控制信号[ 2- 5] ,这个控制信号经适当修正后 也用于受电弓横向主动控制.通过相同位置的陀螺 仪检测曲线.倾摆机构采用四连杆簧间摆, 并用机 电作动器驱动车体倾摆.弓网耦合动力学研究主要 采用接触网的模态叠加法[ 6- 7] ,研究受电弓主动控制 时多采用接触网静态接触刚度曲线代替接触网 , 而 不考虑接触网振动 [ 8- 9] .本文先在不考虑接触网振 动的接触网静态接触刚度模型时 ,研究受电弓的垂 向主动控制,再考虑接触网振动,用接触网有限元动 力学模型验证控制效果.编写了摆式列车- 受电弓- 接触网耦合动力学软件, 用于仿真研究 . 由于一般线路上既开行摆式列车 , 又开行非倾 摆的常规列车, 接触网按照常规列车的要求设计 . 车体倾摆会造成受电弓横移过大 ,因此将受电弓基 座安装在车顶的导轨上, 用作动器控制受电弓横向 运动 ,使受电弓与接触网相对横移满足曲线运行要 求.摆式列车高速通过曲线时 , 车体倾摆造成较大 的车体横向、 垂向和侧滚运动 ,受电弓与接触网的接 触压力会在缓和曲线上产生较大波动.摆式列车在 直线和曲线上的速度高于一般列车 ,有必要对其受 电弓进行垂向主动控制.本文的模型和计算均建立 在以下假设之上 . 假设