PDF《摆式列车受电弓垂向振动主动控制》

2 Catenary static contact stiffness

2 控制系统模型

2 .

1 受电弓横移主动控制系统模型 系统模型见图

3 , 在车顶安装导轨, 根据车体倾 摆时受电弓弓头中点 P 不移动来设计导轨形状 . 受电弓基座 LK M 通过滚轮L 和M安装在导轨上 , 由作动器 JK 控制其横移,J 点固定在车体上 . 图3受电弓横向主动控制系统 Fig.

3 Pantograph lateral active control sy stem

2 .

2 受电弓垂向主动控制器设计

2 .

2 .

1 鲁棒控制器 摆式列车曲线通过时 ,受电弓的垂向干扰主要 是车体倾摆引起的垂向位移和速度, 以及接触网的 振动,这些是未建模误差.为了设计线性控制器 ,把 弓网接触简化为线弹簧 kc .为了减小未建模误差 对控制效果的影响, 采用线性鲁棒 H∞ 控制器[ 11] . 由于受电弓线性模型反馈量是(Fc - F0 ),控制目标 弓头垂向位移 z1 尽量保持不变 ,故系统的输出为 z1 =Cy (4) C =(1 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0) 从状态方程得到受电弓线性系统的传递函数为 z1 (s) F ctl(s) =G(s) z 1(s) vc(s) =P(s) (5) 图4为考虑主动控制器 K (s)后得到系统的框 图和变换成标准 H∞ 鲁棒控制的框图, w 为量测噪 声,(w1 , w2 ,w3 ) 为控制输出变量,W1 、W2 和W3 为 性能加权函数.选取如下性能加权函数 图4控制系统模型和标准 H ∞鲁棒控制模型 Fig.

4 Control system model and norm al H ∞ control m odel W1(s)= 0. 12( s +1)2 (s +30)

2 W2(s)=0 .

000 01 W3(s)=P(s) 设计出一个

13 阶H∞鲁棒控制器 ,以下均简称为鲁 棒控制器.考虑到车体倾摆控制采用

250 Hz 的采 样控制频率 , 这里也用同样的控制频率 , 将控制器

13 第2期罗仁, 等: 摆式列车受电弓垂向振动主动控制 K(s)按0.004 s 的离散时间离散为 K(z) = ∑

13 i =1 biz - i

1 + ∑

13 i =1 aiz - i (6) b = (-

2 .

752 *105 ,

1 .

504 *

106 , -

5 .

048 *

106 , 1.

161 *10

7 , - 1.

932 *10

7 ,2 .

392 *10

7 , -

2 .

231 *

107 ,1 .

567 *

107 , -

8 .

184 *

106 , 3.

088 *10

6 , - 7.

970 *10

5 ,1 .

261 *10

5 , 9.

210 *103 ) a = (- 11.

014 ,56 .

032 , - 174.

342 ,369.

758 , - 563.

624 ,634.

520 , -

533 .

048 ,333 .

197 , - 152.

583 ,49 .

484 , - 10.

683 ,

1 .

359 , -

0 . 075)

2 .

2 .

2 P 控制器 此控制器使用数字增量式比例控制算法,反馈量 仍然是( Fc - F0 ),比例系数为

15 ,控制频率为

250 Hz .

3 数值仿真结果

3 .

1 车体振动对弓网接触的影响 图5接触压力和弓头位移 Fig.

5 Contact force and pantograph head displacement 受电弓作用于车体的力相对于车体受到的其他 力很小,故受电弓对车体的影响较小;

而车体对受电 弓的力相对于受电弓受到的其他力较大 .在直线轨 道上 ,受车体振动影响的接触压力和弓头垂向位移 波动更明显,见图

5 .

3 .

2 曲线运行工况 曲线轨道为

250 m 直线 +150 m 缓和曲线 +

100 m 圆曲线 +

150 m 缓和曲线 +

250 m 直线 ,外轨 超高为

0 .

1 m , 轨距为

1 435 mm , 没有考虑曲线轨 距加宽.

3 .

2 .

1 工况

1 曲线半径为

600 m ,车辆运行速度为

140 km h -

1 .由图

6 、

7 可见, P 控制下弓网接触压力和作动 器输出力变化范围比鲁棒控制下的小, 但高频成分 多 .由于作动器力变化更加平缓, 故鲁棒控制对作 动器的要求更低.两种控制方式下弓头垂向位移变 化趋势和位移量相近 , 但鲁棒控制时与不控制时都 较平滑, 而P控制下位移毛刺更多, 见图