高速动车组车辆系统的非线性动力学与控制

高速动车组是目前高速铁路的主流技术，列车运行的动力学特性对舒适性和安全性的影响很大，亟待研究动车组的非线性动力学特性，这对于掌握动车组的关键技术具有重要的意义。目前的研究大部分采用理想化的模型和等效线性化动力学分析，这带来了一定的分析误差甚至是动力学现象的本质差别。另外，传统减振器的控制特性难以满足高速动车组动力学特性的要求。本项目将新型的磁流变可控作动器引入高速动车组车辆悬挂系统中，建立横-垂-纵向耦合的动力学模型，从而更深入地研究高速动车组车辆系统的动力学行为和非线性特征，研发高效实用的半主动控制策略和相应软件，探讨高维车辆系统振动控制时滞问题的分析计算方法和补偿措施。研究成果可以为高速动车组在工程设计、运行控制以及故障诊断等方面提供有价值的理论参考依据，有利于推动高速动车组领域的技术创新，同时在多自由度高维非线性系统动力学分析和控制时滞研究方面也是一个有益的探索。

在深入研究高速动车组车辆系统的动力学行为和非线性特征基础上，将磁流变阻尼器引入到车辆悬挂系统中，建立了基于磁流变阻尼器的高速动车组车辆系统动力学模型，研究了合理高效的自适应模糊智能控制策略，并对车辆控制中的时滞问题进行了探讨。按计划完成了基金申请书中的研究内容。主要研究工作和创新成果如下：.（1）在对磁流变阻尼器进行力学特性试验的基础上，对磁流变阻尼器的多项式模型进行了曲线拟合和参数识别。以磁流变阻尼器控制系统为研究对象，在分析系统运动特征基础上，利用平均法进行分析求解。根据奇异性理论得到系统的普适开折以及特例情况下的转迁集，分析了系统参数对幅-频特征曲线以及稳定性的影响。.（2）利用多体动力学软件Adams/rail建立了基于磁流变阻尼器的高速动车组车辆系统横—垂—纵向耦合的8车动力学模型，编组方式为T+M+M+T+T+M+M+T。使用秦沈客运专线实测的轨道谱，通过和现场实际测量结果对比，对高速动车组车辆系统动力学模型的正确性进行了验证。.（3）将Adams/Rail中建立的高速动车组车辆系统模型与Matlab/Simulink中建立的阻尼器模型和控制模型进行联合仿真。采用被动控制、一般半主动控制和改进的半主动控制方法，研究了高速动车组车辆系统的动力学行为和非线性特征以及动拖车间的相互作用。从横向低动力和高速运行稳定性方面分析了车辆系统参数的影响。.（4）在分析了一般模糊控制方法的基础上，提出了基于量化因子、比例因子的参数自适应模糊控制策略。并从平稳性和安全性角度分析了基于磁流变阻尼器的高速动车组车辆系统在不同控制策略下的动力学行为和特征，验证了参数自适应模糊控制策略的实时、连续和有效性。.（5）运用多尺度理论研究了半主动悬挂系统中的时滞问题。探讨了小幅定频激励下系统的主共振特性，求解了幅-频方程和相-频方程，得到了系统的一次近似定常解，并对系统可能的平衡点进行了分类讨论。分别分析了系统在次共振的三分之一亚谐共振下和三次超谐共振下系统的稳定性和分叉现象。