[发明专利]一种基于LQG控制的高速列车半主动悬挂控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于LQG控制的高速列车半主动悬挂控制系统及方法，包括车身横向振动加速度传感器、控制器、电流控制器、磁流变阻尼器；列车车身横向振动加速度传感器实时采集车身的横向振动信号，LQG控制器根据传感器采集到的横向振动信号和高速列车模型计算出所需要的主动力，并发出控制指令；电流控制器根据控制器的控制指令实时控制执行器所需要的电流，磁流变阻尼器在电流控制的作用下输出相应的阻尼，使半主动悬挂始终工作在最佳状态。本发明首次研究该控制器在17自由度全尺寸车辆模型上的应用，不仅能够提高车辆的操纵性，还能保证其稳定性。

技术领域

本发明涉及高速列车系统控制技术领域，具体为一种基于LQG控制的高速列车半主动悬挂控制系统及方法。

背景技术

作为一种精通成本效益的交通工具，高速列车在最后取得了很大的进步几十年，特别是在中国。不过随着越来越多的列车速度和轻量化设计的应用，由轨道不规则，隧道，桥梁引起的振动，侧风将极大地影响到稳定性，安全性乘坐质量。因此，主动/半主动的铁路车辆悬挂系统已广泛应用于减少列车车身不必要的振动。高速列车系统主动/半主动横向悬挂的控制技术已经引起了不同层次研究人员的兴趣在过去二十年。

近年来，LQG控制方法常被用于半主动悬挂系统去抑制车身的振动。例如，一种基于LQG控制器和自适应神经模糊推理系统逆MR阻尼器模型的半主动横向悬挂系统被提出来抑制车身的振动。所以为了提高列车运行的平稳性，我们提出了基于LQG控制的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够进一步改善列车半主动悬挂的性能，调节列车不同路况下的舒适度与稳定性的基于LQG控制的高速列车半主动悬挂控制系统及方法。技术方案如下：

一种基于LQG控制的高速列车半主动悬挂控制系统，包括车身垂向振动加速度传感器、悬挂控制器、电流控制器、磁流变阻尼器；

所述车身垂向振动加速度传感器固定于车身上，实时采集车身的垂向振动加速度信号；

悬挂控制器根据列车全尺寸模型和LQG控制理论计算出所需要的增益，并根据车身垂向振动加速度传感器采集到的车身垂向振动加速度信号，计算出悬挂半主动控制所需主动力，并向电流控制器发出控制指令；

电流控制器根据悬挂控制器的控制指令实时控制执行器所需电流；

磁流变阻尼器固定于前后转向架上，在电流控制的作用下向转向架输出所需的阻尼。

一种基于LQG控制的高速列车半主动悬挂控制方法，包括以下步骤：

步骤1：获取系统计算参数；

步骤2：获得列车全尺寸模型：利用牛顿定律，建立关于车身、转向架和轮对的动力学方程；根据所述动力学方程，设置系统的测量输出，计算平顺性指标的控制输出，通过定义状态分量和控制输出，构建系统动力学方程的状态空间模型；用功率谱密度表示随机横向对准和轨道不平顺，引进周期不平度；

步骤3：列出基于LQG反馈输出控制器方程，计算控制器增益，考虑干扰和测量噪声，计算出其观测器增益；

步骤4：通过电流控制器控制磁流变阻尼器：电流控制器根据悬挂控制器的控制指令实时控制执行器所需要的电流，使磁流变阻尼器在电流控制的作用下输出所需的阻尼到转向架上；

步骤5：半主动悬挂输出所需阻尼。

进一步的，所述步骤2的具体为：

1)建立关于车身、转向架和轮对的动力学方程：

车身动力学方程为：