[发明专利]高速列车电磁主动悬挂系统多速率控制方法及装置

说明书

技术领域

    本发明涉及一种高速列车电磁主动悬挂系统，尤其涉及一种高速列车电磁主动悬挂系统多速率控制方法及装置。

背景技术

近年来，高速列车速度的不断提升，车体的振动量也随之增加。这不但影响了列车行驶平稳性，而且影响了乘坐舒适性。传统的被动悬挂将难以满足列车高速运行平稳性要求，列车主动悬挂由于其既可用于改善垂向平稳性，又能较好地解决高速列车较为突出的横向振动控制问题，已经越来越受到学者们关注。主动悬挂包括四大子系统：外界能源输入系统、传感系统、作动系统以及测量反馈调节系统，是一个典型的复杂多环节多变量控制系统。高速列车在实际运行时，加速度传感器与的执行器动态特性相差较大，彼此的噪声特性和可靠性各不相同，系统信号传感、控制、转换以及作动的各子系统或环节也都不可避免地存在采样(或控制、执行)周期的不同。因此，在列车主动悬挂系统这样复杂的多变量计算机振动控制系统设计中，保持系统各处都采用单一的采样策略是不现实的。然而现在的列车主动悬挂振动控制系统的研究中，都未把系统频率不一致的问题考虑进去，只进行了单速率研究，没有进行多速率分析，而多速率数字系统能实现许多单采样率数字控制系统所不具备的控制目标，如改善系统的增益裕量，实现同时稳定、强镇定和分散控制等性能目标。

因此开展高速列车主动悬挂多速率建模及仿真研究，以高速列车电磁主动主动悬架系统为研究对象，采用面向对象的建模技术,建立了车辆主动悬挂的动力学模型，并推导出系统的状态方程。首先通过离散化和利用多速率提升技术得到新的状态空间。其次采用线性二次型最优控制方法，通过选择性能指标最佳的Q和R参数，并对其进行仿真计算，得到利用多速率最优控制控制的主动悬架可以显著改善车体的平稳性，进一步验证多速率最优振动控制的优越性。

发明内容

针对悬挂系统的传感器与作动器频率特性的差异，为了改善悬挂系统的控制性能，本发明提供了一种高速列车电磁主动悬挂系统多速率控制方法及装置。多速率最优控制方法相对单速率和连续控制有更好的控制效果。

本发明是这样实现的，一种高速列车电磁主动悬挂系统多速率控制装置，它包括加速度传感器、电荷放大器、A/D转换器、工控机、D/A转换器、驱动放大器、作动器，其特征在于：在高速列车的车体和转向架上分别安装加速度传感器，所述加速度传感器、电荷放大器、A/D转换器、工控机、D/A转换器、驱动放大器、作动器依次连接，所述作动器放置在高速列车主动悬挂系统中起到减震的目的。

一种高速列车电磁主动悬挂系统多速率控制方法，其特征在于：通过两个加速度传感器分别测量高速列车的车体和转向架的纵向加速度，将这两个加速度测量信号由电荷信号转换成电压信号，放大该电压信号并通过A/D转换器转换为数字信号。转换得到的数字信号输入到工控机中再乘以由工控机利用最优控制算法求得的常数矩阵K_e，输出的信号通过D/A转换器转换为模拟信号，通过将模拟信号放大作用于作动器，作动器动作最终使电磁铁和永磁体产生一定的力来阻止悬挂的振动，达到主动减振的目的。

所述A/D转换器采样频率大于D/A转换器转换速率。

本发明的有益效果是，对于高速列车电磁主动悬挂系统多速率最优控制方法能够很好地适应悬挂系统的传感器与作动器动态特性差异，适应性更强，比单速率和连续控制方法控制效果更好，能够达到改善控制效果的目的。

附图说明

图1为列车车辆1/4车体主动悬挂模型。

图2 多速率系统模型。

图3为本发明的原理图。

具体实施方式

如图3所示，本发明是这样实现的，一种高速列车电磁主动悬挂系统多速率控制装置，在高速列车的车体和转向架上分别安装加速度传感器2，所述加速度传感器2、电荷放大器3、A/D转换器4、工控机5、D/A转换器6、驱动放大器7、作动器8依次连接，所述作动器放置在高速列车主动悬挂系统中起到减震的目的。其控制方法为通过两个加速度传感器分别测量高速列车的车体和转向架的纵向加速度，将这两个加速度测量信号由电荷信号转换成电压信号，放大该电压信号并通过A/D转换器转换为数字信号。转换得到的数字信号输入到工控机中再乘以由工控机利用最优控制算法求得的常数矩阵K_e，输出的信号通过D/A转换器转换为模拟信号，通过将模拟信号放大作用于作动器，作动器动作最终使电磁铁和永磁体产生一定的力来阻止悬挂的振动，达到主动减振的目的。所述A/D转换器采样频率大于D/A转换 器转换速率。