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  1. 本专著全面综述国内外高速列车主动半主动控制现状基础上,建列了高速列车横向控制数学建模、轨道不平顺谱的数值模拟、控制系统的仿真实现、广义预测控制、虚拟阻尼变结构控制等理论及应用。全面系统的阐述了高列车主动半主动控制先进理论及仿真和实车试验。我国高速铁路以跨越式发展进入世界高铁发达国家。然而我国对高铁的基础理论研究还落后于工程应用,急需铁路科技工作者对高速铁路和列车的基础理论进行研究和完善。本书就为高...查看更多
  2. 随着既有线路列车的提速及高速动车组的快速发展,列车的轮轨耦合、流固耦合、机电耦合及弓网耦合相互作用加剧,由此会引发机车车辆或动车组的车体振动恶化,继而影响车辆的运行平稳性及乘坐舒适性。解决方案的一方面,提高线路的质量及加大对线路不平顺的维护与管理,优化列车设计速度与被动悬挂系统的结构与参数的匹配;另一方面,应将自动控制技术、传感器测试技术与计算机技术应用于车辆动力学及平稳性的主动、半主动控制。随着列车速度的提高,车辆主动、半主动悬挂控制已成为改善平稳性的有效措施。
    笔者在攻读博士学位期间,参与西南交通大学牵引动力国家重点实验室承担的铁道部科技发展项目(No.2000J027)——高速客车主动、半主动控制技术研究,并完成了高速列车半主动控制系统的建模、仿真及滚动振动试验台上的实车主动与半主动控制试验。之后笔者长期致力于高速列车在轨道不平顺及气动载荷作用下车体的振动及主动控制研究,并获得中央高校基本科研业务费科技创新项目(No.SWJTU12CX038)及国家自然科学基金项目(No.51475387)资助。笔者从工程应用角度出发,开展了广义反馈迭代学习控制、模糊控制等研究,并提出虚拟阻尼变结构的半主动控制。在长期的研究过程中,在查阅大量国内外相关文献时,感觉仍缺乏系统介绍轨道车辆主动与半主动控制的著作,而国内却有一些从事车辆动力学及主动控制的学者、硕士研究生和博士研究生们在查阅笔者的博士学位论文后,纷纷发来一些感谢信或请教相关疑问的邮件。这使作者萌生了将相关的研究成果归纳、总结出版的初衷。
    借本书出版之机,作者谨向资助、支持和关心过相关研究工作的单位和个人致以诚挚的感谢!首先感谢我的博士生导师沈志云院士和高品贤教授长期以来对作者的关心、指导和帮助。其次感谢翟婉明教授、张卫华教授、林建辉教授和曾京教授对作者在完成主动控制研究过程中提出的宝贵意见与无私帮助。对在牵引动力国家重点实验室主动控制试验过程中,吴学杰教授、王月明教授、张利明教授和戴焕云教授的大力帮助与合作表示衷心感谢。在初稿完成过程中,硕士研究生何洪阳、孙宇、何发胜、屈国庆对书稿的整理付出了辛勤的劳动,这里一并表示感谢。作者还要对本书引用的所有参考文献的作者表示感谢。感谢中央高校基本科研业务费科技创新基金(No.SWJTU12CX038)和国家自然科学基金项目(No.51475387)资助。
    限于作者水平,书中疏误之处在所难免,恳请读者批评、指正。
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  1. 第1章  绪  论 1
    1.1  列车主动悬挂控制的提出 1
    1.1.1  列车载荷变化或轻量化对平稳性影响 1
    1.1.2  长波长轨不平顺的影响 3
    1.1.3  空气动力作用的影响 3
    1.2  列车主动悬挂控制系统分类及其原理分析 4
    1.2.1  全主动悬挂控制系统 5
    1.2.2  半主动悬挂控制系统 7
    1.3  高速列车横向半主动悬挂系统的必要性 9
    1.4  主动悬挂控制状况及其控制策略 10
    1.4.1  天棚阻尼控制 10
    1.4.2  PID控制 12
    1.4.3  线性最优控制 12
    1.4.4  鲁棒控制 13
    1.4.5  自适应控制 14
    1.4.6  模糊控制 15
    1.4.7  神经网络悬挂控制 15
    1.4.8  预见控制 15
    1.4.9  预测控制 15
    1.5  可调阻尼减振器的研究现状 17
    1.6  本书的主要内容 18
    参考文献 22
    第2章  半主动悬挂测控系统数学模型 27
    2.1  模型与控制 27
    2.2  横向半主动悬挂测控系统组成 28
    2.3  车辆横向半主动悬挂模型建立 29
    2.3.1  传统横向半主动悬挂模型 29
    2.3.2  车辆横向半主动悬挂控制系统模型建立 31
    2.3.3  17自由度横向振动模型建立 31
    2.3.4  3自由度横向半车模型建立 34
    2.4  测控系统输入通道数学模型建立 36
    2.4.1  应变式加速度传感器模型 37
    2.4.2  电压放大器模型 38
    2.4.3  低通滤波器设计及模型 38
    2.5  测控系统输出通道数学模型建立 40
    2.5.1  可调开度减振器系统的输出通道建模 40
    2.5.2  磁流变液可控减振器系统的输出通道模型建立 46
    参考文献 50
    第3章  轨道不平顺数值模拟 53
    3.1  传统轨道不平顺的数值模拟 54
    3.2  时域改进轨道不平顺模拟方法 55
    3.2.1  基本原理 55
    3.2.2  功率谱采样计算频谱 56
    3.2.3  时域美国轨道谱模拟 57
    3.2.4  时域德国轨道谱模拟 60
    3.3  空域轨道不平顺模拟方法 61
    3.3.1  基本原理 61
    3.3.2  功率谱采样计算频谱 62
    3.3.3  空域美国轨道谱的模拟 62
    3.3.4  空域德国轨道谱的模拟 64
    参考文献 65
    第4章  车体横向振动内部关系分析 67
    4.1  车辆横向振动数值仿真 67
    4.1.1  基于SIMULINK的动力学仿真 67
    4.1.2  基于UM的车辆动力学模型仿真实现 68
    4.2  车体横向振动内部变量频谱分析 70
    4.2.1  基于SIMULINK模型仿真分析 71
    4.2.2  基于UM模型仿真分析 76
    4.3  多目标矛盾关系研究 77
    4.3.1  函数或序列间的矛盾度与一致度 78
    4.3.2  矛盾指标问题 80
    4.3.3  矛盾解的满意优化方法 81
    4.3.4  矛盾分析方法在控制系统设计中的实例 81
    4.4  车体横向振动内部变量矛盾分析 84
    4.4.1  车体横向振动内部变量之间矛盾度分析 85
    4.4.2  车体横向内部振动与合成横向振动的矛盾度分析 85
    4.5  列车振动的评定 88
    4.5.1  列车平稳性 88
    4.5.2  乘坐舒适性 91
    参考文献 96
    第5章  半主动悬挂迭代学习控制 98
    5.1  传统反馈控制基本原理 98
    5.2  迭代学习控制 99
    5.2.1  迭代学习控制的发展状况 99
    5.2.2  迭代学习控制的基本思想 100
    5.3  广义反馈迭代学习控制 101
    5.3.1  问题的提出 101
    5.3.2  广义反馈迭代学习控制理论的基本思想 102
    5.3.3  广义反馈迭代学习控制理论的算法实现 102
    5.4  半主动悬挂广义反馈迭代学习控制仿真 104
    参考文献 109
    第6章  半主动悬挂模糊控制 110
    6.1  模糊控制理论 110
    6.1.1  模糊控制的发展状况 110
    6.1.2  模糊控制的特点 111
    6.1.3  模糊控制的基本结构 111
    6.2  半主动悬挂模糊PID控制 112
    6.3  基于天棚阻尼的模糊控制 114
    6.3.1  基于天棚阻尼的模糊控制原理 114
    6.3.2  基于天棚阻尼的模糊控制仿真 116
    6.4  车体摇头半主动模糊控制 118
    6.4.1  车体摇头半主动模糊控制原理 118
    6.4.2  半主动模糊控制仿真分析 124
    参考文献 126
    第7章  全主动悬挂线性二次最优控制 127
    7.1  线性二次型(LQR)最优控制原理 127
    7.1.1  最优控制的数学模型 127
    7.1.2  最优控制的求解 128
    7.2  车辆横向状态空间模型的建立 131
    7.3  全主动悬挂控制仿真分析 139
    参考文献 142
    第8章  主动与半主动悬挂广义预测控制 143
    8.1  预测控制理论的发展状况 143
    8.2  预测控制的基本特征 144
    8.2.1  预测模型 144
    8.2.2  滚动优化 145
    8.2.3  反馈校正 145
    8.3  广义预测控制的基本原理 146
    8.3.1  预测模型 146
    8.3.2  滚动优化 148
    8.3.3  在线辨识与校正 149
    8.3.4  实现步骤 149
    8.4  车辆主动、半主动悬挂广义预测控制仿真 151
    8.4.1  全主动悬挂广义预测控制仿真分析 152
    8.4.2  不考虑时延时半主动控制仿真分析 153
    8.4.3  考虑时延时半主动悬挂的广义预测控制仿真分析 154
    8.5  带模型误差修正的广义预测控制算法 155
    8.5.1  j步导前输出 156
    8.5.2  最优控制律计算 159
    8.5.3  带模型误差修正的参数辨识 159
    8.5.4  广义预测控制的实现步骤 161
    8.6  带模型误差修正的广义预测控制仿真 163
    8.6.1  全主动预测控制仿真 163
    8.6.2  不考虑时延时半主动预测控制仿真 163
    8.6.3  考虑时延时半主动预测控制仿真 164
    8.7  振动速度为指标的广义预测控制仿真分析 166
    8.7.1  全主动预测控制仿真 166
    8.7.2  不考虑时延时半主动预测控制仿真 167
    8.7.3  考虑时延时半主动预测控制仿真 168
    参考文献 170
    第9章  横向全主动与半主动悬挂控制试验 171
    9.1  试验系统的组成 171
    9.1.1  滚动与振动试验台概述 171
    9.1.2  测控系统构成 172
    9.2  原车被动悬挂试验 177
    9.3  卸下原车二系横向阻尼器的试验 178
    9.4  全主动悬挂预测控制试验 179
    9.4.1  试验系统硬件组成原理 179
    9.4.2  试验系统软件设计 181
    9.4.3  试验结果 181
    9.5  全主动悬挂模糊控制试验 182
    9.5.1  全主动悬挂控制系统的构成 182
    9.5.2  机电作动器的模糊控制试验 183
    9.5.3  气缸作动器的模糊控制试验 184
    9.5.4  液压作动器模糊控制试验 184
    9.6  半主动悬挂预测控制试验 185
    9.6.1  调节流孔液压减振器预测控制试验 185
    9.6.2  磁流变液减振器的预测控制试验 187
    9.7  不同悬挂控制试验结果比较 190
    参考文献 190
    第10章  虚拟阻尼变结构半主动控制 192
    10.1  半主动变结构问题的提出 192
    10.2  虚拟阻尼器 193
    10.3  虚拟阻尼器的实现 195
    10.3.1  弹性阻尼的实现 196
    10.3.2  惯性阻尼的实现 196
    10.3.3  复合阻尼的实现 197
    10.4  可调阻尼实现虚拟阻尼器的示功图 198
    10.4.1  可控阻尼实现虚拟阻尼器的示功图 198
    10.4.2  实际可控阻尼实现虚拟阻尼器的示功图分析 200
    10.5  阻尼变结构减振系统性能仿真分析 202
    10.5.1  阶跃力作用时的减振情况 202
    10.5.2  脉冲激扰力作用时系统的衰减响应情况 204
    参考文献 205
    第11章  列车虚拟阻尼变结构半主动控制 206
    11.1  列车虚拟阻尼变结构控制原理 206
    11.1.1  传统阻尼天棚控制算法 206
    11.1.2  天棚控制算法在车辆平稳性中的不足 208
    11.1.3  虚拟阻尼天棚控制算法 209
    11.2  车辆局部模型的虚拟阻尼变结构控制 211
    11.2.1  连续型虚拟阻尼变结构天棚控制 211
    11.2.2  开关型虚拟阻尼变结构天棚控制 215
    11.2.3  自寻优复合型天棚控制算法 216
    11.3  整车模型的虚拟阻尼变结构控制 219
    11.3.1  不考虑时延时的连续控制仿真 219
    11.3.2  不考虑时延时的开关控制仿真 222
    11.3.3  考虑时延的连续控制仿真 224
    11.3.4  考虑时延的开关控制仿真 228
    参考文献 231
    附  录 232
    附录Ⅰ  列车参数表 232
    附录Ⅱ  AS-TG加速度传感器尺寸及参数 234
    附录Ⅲ  试验数据通道记录表 236

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