单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/11/24,#,毕业设计题目：,受电弓最优主动控制仿真研究,,牛牛文库文档分享,毕业设计题目：受电弓最优主动控制仿真研究www.niuwk,1,目 录,1,、绪论,2,、弓网系统建模,3,、弓网系统最优主动控制研究,4,、控制策略的仿真研究,5,、展望,6,、致谢,,牛牛文库文档分享,目 录1、绪论 牛牛文,2,研究目的：,受电弓进行建模分析，利用最优控制策略，对受电弓进行主动控制，从而降低弓网接触力波动程度，减少弓网离线率，提高弓网受流质量1,、绪论,,牛牛文库文档分享,研究目的：受电弓进行建模分析，利用最优控制策略，对受,3,研究意义：,本课题旨在不改变接触悬挂本身设计结构的前提条件下，通过受电弓性能的优化，为改善弓网关系提供了一条有效途径良好的弓网关系是高速电气化铁路稳定、可靠运营的基本保障受电弓与接触网良好的接触特性是弓网关系中接触悬挂向列车传递可靠电能的先决条件牛牛文库文档分享,研究意义：本课题旨在不改变接触悬挂本身设计结构的前提,4,受电弓和接触网视为一个通过弹簧元件耦合在一起的整体来考虑。
接触网 时变刚度模型,简化为,受电弓 几个具有集中,质量的结构模型,动能等效原理,2,、弓网系统建模,,牛牛文库文档分享,接触网,5,本研究选用的接触网类型为,简单链形悬挂接触网,由于引起弓网振动的主要因素是接触网刚度在跨距内变化，且与接触网类型、列车运行速度、接触线刚度及密度都有关系接触网的时变刚度公式为：,2,、弓网系统建模,为机车速度，为接触网跨距内的距离，为跨距内的平均刚度,，,为接触网刚度差异系数,，,与接触网类型有关且：,,牛牛文库文档分享,2、弓网系统建模 为机车速度，为接触网,6,m,3,m,1,m,2,K(t),K,1,C,1,C,2,z,4,z,1,z,2,弓网系统等效模型,z,3,F,0,m,4,m,1,m,2,m,3,K(t),K,1,K,2,K,3,C,1,C,2,C,3,z,4,z,1,z,2,z,3,z,r,弓头,框架,上框架,下框架,,牛牛文库文档分享,m3m1m2K(t)K1C1C2z4z1z2弓网系统等效模型,7,弓网系统动力学方程（二元质量块模型）：,u,为控制力，在被动模型中其值为,0,，该模型中只有静抬升力的输入即：,将上述微分方程转化为状态空间方程,,牛牛文库文档分享,弓网系统动力学方程（二元质量块模型）：u为控制力，在被动模,8,三元质量块模型：,在被动模型中，控制力,u,为,0,，该模型中只有静抬升力的输入。
即：,将上述微分方程转化为状态空间方程：,,牛牛文库文档分享,三元质量块模型：在被动模型中，控制力u为0，该模型中只有静抬,9,状态空间方程为一个齐次微分方程组，利用,MATLAB,中,ode45,函数可以对方程组进行编程得出该方程组的解，继而可以得到被动控制下的接触力的波形如下：,二元质量块模型被动控制下弓网接触压力波形（只含扰动项，不含噪声项）,二元质量块模型被动控制下弓网接触压力波形（既含扰动项，也含噪声项）,,牛牛文库文档分享,状态空间方程为一个齐次微分方程组，利用MATLAB中ode4,10,三元质量块模型被动控制下弓网接触压力波形（只含扰动项，不含噪声项）,三元质量块模型被动控制下弓网接触压力波形（既含扰动项，也含噪声项）,,牛牛文库文档分享,三元质量块模型被动控制下弓网接触压力波形（只含扰动项，不含噪,11,说明：,论文中所采用的噪声项由,“,normrnd,（,0,1,1,）,”,语句产生的高斯噪声，每次仿真过程中均会产生一个随机数，二元质量块模型和三元质量快模型的噪声项均相同仿真时取列车的运行速度为,200km/h,，跨距为,65m,二元质量块模型中的扰动项,三元质量块模型中的扰动项,,牛牛文库文档分享,说明：论文中所采用的噪声项由“normrnd（0,1,1）”,12,3,、弓网系统最优主动控制研究,控制的目标,:,使,系统误差,和,控制能量,最小化,本论文的最优控制是线性二次型最优调节器设计（,LQR),问题。
对于此类控制就是要确定一个状态反馈变量：,要使性能指标最小,,牛牛文库文档分享,3、弓网系统最优主动控制研究控制的目标:使系统误差和控制能量,13,通过构造函数得到求解,K,首先构造一,Hamilton,函数：,对,Hamilton,函数求导，并使导数为,0,：,从上式可解得最优控制力,且：,为对称矩阵，该矩阵满足下面著名的,Riccati,微分方程：,,牛牛文库文档分享,通过构造函数得到求解K,首先构造一Hamilton函数：对H,14,根据控制的要求，把弓头位移变化放在首位，将控制能量的关注度处于次要位置，由此确,定,Q,与,R,的值利用,MATLAB,，求解反馈支路中的增益矩阵：,二,元,质,量,块,模,型,三,元,质,量,块,模,型,,牛牛文库文档分享,二三 牛牛文库文档分享,15,二元质量块模型受电弓主动控制与被动控制的仿真结果比较（只含扰动项，不含噪声项）,二元质量块模型受电弓主动控制与被动控制的仿真结果比较（只含扰动项，含噪声项）,,牛牛文库文档分享,二元质量块模型受电弓主动控制与被动控制的仿真结果比较（只含扰,16,评价指标,被动系统,主动系统,改善情况,平均值,99.9457,100.5113,基本相等,最大值,169.3367,150.2981,降低,19.0386,最小值,40.0223,48.2954,提高,8.2731,波动范围,129.3114,102.0027,降低,27.3087,均方根值,32.7108,20.4541,降低,12.2567,结论：二元质量块模型在最优主动控制下能降低弓网接触,压力的波动程度，提高弓网系统的受流质量,。
受电弓主动控制与被动控制下弓网接触压力数据,,牛牛文库文档分享,评价指标被动系统主动系统改善情况平均值99.9457100,17,三元质量块模型受电弓主动控制与被动控制的仿真结果比较（只含扰动项，不含噪声项）,三元质量块模型受电弓主动控制与被动控制的仿真结果比较（只含扰动项，含噪声项）,,牛牛文库文档分享,三元质量块模型受电弓主动控制与被动控制的仿真结果比较（只含扰,18,评价指标,被动系统,主动系统,改善情况,平均值,100.8114,100.0352,基本相等,最大值,167.3098,146.8396,降低,20.4702,最小值,42.9428,53.8987,提高,10.9559,波动范围,124.367,92.9409,降低,31.4261,均方根值,30.4239,17.7823,降低,12.6416,受电弓主动控制与被动控制下弓网接触压力数据,结论：,三,元质量块模型在最优主动控制下能降低弓网接触,压力的波动程度，提高弓网系统的受流质量,牛牛文库文档分享,评价指标被动系统主动系统改善情况平均值100.81141,19,DSA250,型受电弓二元质量块和三元质量块主动控制仿真数据比较（含扰动项、噪声项）：,评价指标,二元质量块,三元质量块,平均值,100.5113,100.0352,最大值,158.2981,146.8396,最小值,48.2954,53.8987,波动范围,110.0027,92.9409,均方根值,20.4541,17.7823,评价指标,二元质量块,三元质量块,平均值,99.9457,100.8114,最大值,169.3367,167.3098,最小值,40.0223,42.9428,波动范围,129.3114,124.367,均方根值,32.7108,30.4239,DSA250,型受电弓二元质量块和三元质量块主动控制仿真数据比较（含扰动项、噪声项）：,结论：在同样的外部环境、同样的受电弓类型及同样的控制条件下，受电弓三元质量块模型的仿真结果略优于受电弓二元质量块模型，但效果相差不明显。
牛牛文库文档分享,DSA250型受电弓二元质量块和三元质量块主动控制仿真数据比,20,5,、展 望,（,1,）可以建立受电弓四元质量块模型进行试验，继而再与二元质量块模型与三元质量块模型的仿真结果进行比较2,）在主动控制方面，可以尝试建立基于,LMI,线性矩阵不等式的最优主动控制策略，同时还可以建立模糊主动控制策略、,PID,主动控制策略等经典的控制方式，并将仿真结果进行比较3,）在仿真研究方面，可以尝试用更多的受电弓类型进行仿真研究，比如用同样的受电弓模型，同样的控制方式以及同样的外部环境下，比较,DSA250,型受电弓、,CED180,型受电弓、,TSG18F,气囊弓之间的仿真效果牛牛文库文档分享,5、展 望（1）可以建立受电弓四元质量块模型进行试验，继而再,21,致 谢！,,牛牛文库文档分享,致 谢！ 牛牛文库文档分,22,。