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高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制

丁建明 陈春俊 林建辉 陈哲明 刘海泉

丁建明, 陈春俊, 林建辉, 陈哲明, 刘海泉. 高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(2): 74-78. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.013
引用本文: 丁建明, 陈春俊, 林建辉, 陈哲明, 刘海泉. 高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(2): 74-78. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.013
DING Jian-ming, CHEN Chun-jun, LIN Jian-hui, CHEN Zhe-ming, LIU Hai-quan. Fuzzy control of lateral semi-active suspension system for high-speed train[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2009, 9(2): 74-78. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.013
Citation: DING Jian-ming, CHEN Chun-jun, LIN Jian-hui, CHEN Zhe-ming, LIU Hai-quan. Fuzzy control of lateral semi-active suspension system for high-speed train[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2009, 9(2): 74-78. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.013

高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.013
基金项目: 

国家973计划项目 2007CB714706

国家973计划项目 2007CB714701

“十一五”国家科技支撑计划项目 2008BAQG0010

详细信息
    作者简介:

    丁建明(1981-),男,四川平昌人,西南交通大学工学博士研究生,从事高速列车测控技术研究

    林建辉(1964-),男,福建莆田人,西南交通大学教授,工学博士

  • 中图分类号: U260.11

Fuzzy control of lateral semi-active suspension system for high-speed train

More Information
  • 摘要: 为了抑制由高速车体摇头引起的车体横向振动, 构造了高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制结构, 采用模糊控制策略, 以减振器的实际阻尼力和车体、构架的横向振动加速度为反馈输入, 对车体前后横向悬挂系统的可调减振器进行双闭环反馈独立控制。以美国六级轨道谱为输入, 在列车运行速度为270km.h-1时, 结合表征列车悬挂系统横向振动特征的17自由度动力学模型, 对半主动悬挂机车和被动悬挂机车的横向振动、摇头振动进行计算。计算结果表明: 采用半主动悬挂的高速车体平稳性改善了12.54%, 摇头振动幅值减少了35.00%, 横向振动幅值减少了48.45%, 在车体固有频率(1~6Hz)附近, 车体横向振动、摇头振动抑制达到50%。可见, 该控制结构和控制策略能够明显抑制车体横向振动。

     

  • 图  1  传感器安装位置

    Figure  1.  Installation locations of sensors

    图  2  半主动悬挂控制结构

    Figure  2.  Control structure of semi-active suspension

    图  3  横向悬挂系统的模糊控制器

    Figure  3.  Fuzzy controller of lateral suspension system

    图  4  车体前端横向振动和振动谱比较

    Figure  4.  Comparison of lateral vibrations and vibration spectrums in front of car body

    图  5  车体后端横向振动和振动谱比较

    Figure  5.  Comparison of lateral vibrations and vibration spectrums at back end of car body

    图  6  车体摇头振动和摇头振动谱比较

    Figure  6.  Comparison of shaking vibrations and vibration spectrums for car body

    表  1  误差赋值

    Table  1.   Assignments of error

    μEx x
    -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
    E NB 1.0 0.8 0.7 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0
    NM 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0
    NS 0 0 0.1 0.5 1.0 0.8 0.3 0 0 0 0 0 0
    NO 0 0 0 0 0.1 0.6 1.0 0 0 0 0 0 0
    PO 0 0 0 0 0 0 1.0 0.6 0.1 0 0 0 0
    PS 0 0 0 0 0 0 0.3 0.8 1.0 0.5 0.1 0 0
    PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2
    PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.4 0.7 0.8 1.0
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    表  2  误差变化率赋值

    Table  2.   Assignments of error rate

    $\mu_{\dot{E}}(y)$ y
    -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
    $\dot{E}$ NB 1.0 0.8 0.7 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0
    NM 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0
    NS 0 0 0.2 0.7 1.0 0.9 0 0 0 0 0 0 0
    ZO 0 0 0 0 0 0 0.5 1.0 0.5 0 0 0 0
    PS 0 0 0 0 0 0 0 0.9 1.0 0.7 0.1 0 0
    PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2
    PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.4 0.7 0.8 1.0
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    表  3  控制电流赋值

    Table  3.   Assignments of control current

    μUz z
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
    U NB 1.00 0.75 0.50 0.25 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    NM 0 0.25 0.75 1.00 0.75 0.50 0.25 0 0 0 0 0 0 0 0
    NS 0 0 0 0 0 0.33 0.66 1.00 0.66 0.33 0 0 0 0 0
    ZO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.50 1.00 0 0 0 0
    PS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.00 0.50 0 0
    PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.50 1.00 0.20
    PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.00
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    表  4  半主动悬挂模糊控制规则

    Table  4.   Fuzzy control rules of semi-active suspension

    U V
    NB NM NS ZO PS PB PB
    E NB NB NB NB NB NM NS NS
    NM NB NB NB NB NM NS NS
    NS NM NM NM NM ZO PS PS
    NO NM NM NS ZO PS PM PM
    PO NM NM NS ZO PS PM PM
    PS NS NS ZO PM PM PM PM
    PM PS PS PM PB PB PB PB
    PB PS PS PM PB PB PB PB
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    表  5  半主动悬挂模糊控制查询表

    Table  5.   Quering table of fuzzy control for semi-active suspension

    z y
    -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
    x -6 0 1 0 1 1 1 3 4 4 5 5 6 7
    -5 2 2 2 2 2 2 3 4 5 5 6 7 7
    -4 3 3 3 3 3 3 4 5 6 6 7 8 8
    -3 3 3 3 3 3 4 5 5 6 7 7 8 9
    -2 3 4 4 4 5 5 6 6 7 7 8 9 9
    -1 4 5 5 5 6 6 7 7 7 9 9 9 10
    0 5 5 5 6 7 7 7 7 8 11 11 12 12
    1 6 6 6 6 7 8 8 8 8 12 12 12 13
    2 6 7 7 7 8 9 10 13 13 12 13 13 13
    3 7 7 7 8 8 9 10 13 13 13 13 13 13
    4 8 8 9 9 9 10 11 13 13 13 13 13 13
    5 10 10 10 10 12 12 13 13 14 14 14 14 14
    6 11 11 12 12 13 13 13 14 14 14 14 14 14
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    表  6  悬挂系统部分参数

    Table  6.   Some parameters of suspension system

    Mc=40 000 kg, Jcx=89 396 kg·m2, Jcz=2485 756 kg·m2
    Mt=2 280 kg, Jtx=2 650 kg·m2, Jtz=3 000 kg·m2
    Mw=1 920 kg, 2lc=18 m, Ksy=208 kN·m-1, Kpy=7.5 MN·m-1
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    表  7  平稳性指标和振动幅值比较

    Table  7.   Comparison of ride indexes and vibration amplitudes

    悬挂类型 平稳性指标 横向振动幅值/(m·s-2 摇头振动幅值/(rad·s-2
    车体前 车体后 车体前 车体后
    被动悬挂 2.093 3 2.085 5 0.40 0.38 0.002 0
    半主动悬挂 1.830 8 1.803 9 0.22 0.19 0.001 3
    改善情况/% 12.54 13.50 48.45 50.00 35.00
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出版历程
  • 收稿日期:  2008-12-13
  • 刊出日期:  2009-04-25

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