钢构轨道下EMS型磁浮列车的共振问题研究
随着中低速磁浮列车的不断商业化应用，降低成本、提高性能是未来磁浮交通发展要关注的问题。考虑到磁浮轨道在磁浮交通系统总建设成本中所占比例可达60％以上，而全钢构轨道具有造价低、便于加工和铺设等优点，是未来磁浮交通轨道发展的趋势。为了应对这一趋势，本文着重研究钢构轨道下的尚未彻底解决的磁浮列车耦合共振问题。该问题的解决对于提高悬浮系统稳定性、降低磁浮交通系统建设成本以及缩短建设周期等都有着重要的现实意义。为此，本文结合试验中发现的驻车制动工况下电磁铁-轨排耦合共振以及悬停时磁浮列车-钢梁耦合共振问题，分别通过理论分析、仿真与试验相结合的方法对这些共振机理进行研究，并在此基础上提出相应的抑制振动策略。 本文首先将驻车制动工况下电磁铁-轨排耦合系统中涉及的制动器、轨排、电磁铁模块作为研究对象，结合理论分析、仿真验证以及试验测试等方法，建立了电磁铁-轨排耦合系统的模型，讨论了电磁铁-轨排耦合共振的机理。 其次，针对驻车制动工况下电磁铁-轨排耦合共振的特点，研究了基于陷波器法以及基于LMS自适应对消算法的振动控制策略。研究结果表明所提出控制方法取得了很好的振动抑制效果，使得耦合系统具备更好的稳定性和可靠性，适合在中低速磁浮交通系统中推广应用。 再次，针对磁浮列车-钢梁耦合共振问题开展研究。重点在前面学者的研究基础之上，分析了基于磁浮列车全车-钢梁耦合模型稳定性问题，通过分析钢梁结构参数对耦合系统的影响，得出在一定程度上，钢梁模态阻尼比越大、模态频率越低、线密度越大，越有利于磁浮列车-钢梁耦合系统稳定的结论。该结论为未来磁浮轨道钢梁的结构设计提供了有益的参考。 最后，重点对磁浮列车-钢梁耦合共振抑制策略进行了研究。首先提出了基于磁通导数反馈的磁浮列车-钢梁耦合共振抑制算法；在此基础上，提出了基于电磁铁估计位置信号反馈的共振抑制策略。理论分析、数值仿真以及现场试验均验证了这两种控制策略的有效性。 本文建立的驻车制动工况下的电磁铁-轨排耦合模型以及磁浮列车全车-钢梁耦合模型，为深入认识钢构轨道下磁浮列车耦合共振问题提供了必要条件；所提出的耦合共振抑制策略为解决钢构轨道下磁浮列车耦合共振问题提供了新的措施，这些研究工作对进一步推动EMS型磁浮列车的商业化应用具有重要的实际意义。
磁浮列车;耦合共振;悬浮系统;钢构轨道;振动抑制
国防科学技术大学
博士
控制科学与工程
李杰;周丹峰
2018
中文
U292.917
2020-04-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）