基于Adaline算法的高速磁浮列车谐波检测及抑制方法

[目的]为了减小高速磁浮谐波对牵引网产生的影响,保障高速磁浮列车的正常运行,需研究高速磁浮牵引供电系统中的谐波特性及其相应的谐波抑制方法。[方法]分析了高速磁浮牵引供电系统的构成,并对双三相半控12脉冲多重整流电路及其谐波进行了理论分析和仿真。根据Adaline神经网络算法原理和高速磁浮谐波特性,构建基于Adaline的高速磁浮谐波检测模型。采用谐波补偿控制策略,产生与检测出的谐波方向相反、大小相等的电流作为补偿信号,对系统畸变电流进行谐波抑制。[结果及结论]仿真结果表明:采用基于Adaline算法的谐波检测及抑制方法前,谐波畸变率为11.16%,而采用该方法后,各次谐波含量明显降低,谐波畸变率下降为1.41%。研究结果表明:所提谐波检测及抑制方法可以有效减少谐波畸变,提高牵引供电系统的稳定性和工作效率。

内嵌式中低速磁浮线路平面最小曲线半径

[目的]内嵌式中低速磁浮系统作为一种新型的轨道交通制式,其车辆及轨道系统依靠非接触式支撑运行,且车辆走行机构内嵌于轨道梁内,因此需针对其车线匹配原理、车辆和轨道梁结构特点,研究线路平面最小曲线半径取值,以支撑工程设计。[方法]介绍了内嵌式中低速磁浮系统的特点;介绍了平面最小曲线半径取值的基本原理;基于车辆行驶动力学理论,分析了内嵌式中低速磁浮线路的旅客舒适度标准及平面最小曲线半径取值。[结果及结论]在列车运行速度一定的情况下,平面最小曲线半径主要取决于横坡角允许值和未被平衡离心加速度允许值。在参考国内外其他轨道交通制式的试验结果、相关标准规定、传统中低速磁浮系统实际建设运营情况的基础上,建议最大横坡角不大于8°,最大未被平衡离心加速度在一般和困难情况下分别不大于0.4 m/s^(2)和0.6 m/s^(2)。当内嵌式中低速磁浮系统设计速度为200 km/h时,线路平面最小曲线半径一般和困难情况下分别可取为1800 m和1600 m。

横向贯通式中低速磁浮一体轨道梁钢-混结合部试验研究

为解决中低速磁浮分离式轨道梁存在的养护难、构件多,以及无法考虑F轨刚度贡献等问题,提出一种横向贯通式梁轨一体轨道梁结构,针对其钢-混结合部的静力性能开展有限元分析和足尺模型试验研究,并对关键设计参数进行参数分析。结果表明,在5倍设计荷载内,钢-混结合部基本处于弹性状态,承载力满足设计要求,且具备较高富裕量;竖向荷载主要通过钢板承压作用传递至混凝土梁体,焊钉对竖向荷载的传递作用较小;设计参数分析表明,适量提高钢连接件钢板厚度有利于竖向荷载的平顺传递。研究结果可以为梁轨一体轨道梁设计提供参考。

400 km/h高速列车转向架底板的阻力影响数值模拟研究

采用数值仿真方法研究明线运行400 km/h高速列车转向架底板包覆结构的气动阻力影响规律,揭示不同包覆形式及安装高度、缝隙间距这两类关键构型参数的阻力影响特性及流动结构的作用特征。研究结果表明:全封一体式及分体式底板包覆方案对整体均有明显的减阻效果,最优减阻率达9.76%,以头车转向架区域为主要减阻部件,但中间车阻力有所增加,且头车包覆越完整,中间车阻力增加越明显;在不同安装高度下,底板减阻效果呈非单调变化,头车底板适当下移有利于提高整车减阻效果,其原因主要是降低了中间车的转向架阻力;当底板缝隙间距维持在一定范围内时,整车减阻效果变化不大,继续增大缝隙会导致减阻效果变差,因为过大的缝隙将显著增强气流对转向架及舱体的冲击,导致整车减阻效果降低。

基于有限元模型修正技术的刚柔耦合关系研究

为了尽可能避免因车轮形成中央凹陷踏面磨耗而使铝合金车体产生振动疲劳问题,有必要以有效的有限元模型修正技术来合理构建高铁车辆的刚柔耦合关系。针对德国ICE3原型及一次蛇行现象,提出一种高速转向架动态设计方法,以整车稳定性态分析图来明确自适应改进方向,即λ_(eN)≥λ_(emin)而λ_(emin)=(0.03-0.05)。借用(半)主动车间减振技术,跨越不同速度等级的铁路专线运行亦可实现对中央凹陷踏面磨耗的自清理。拖车TC02/07刚柔耦合仿真与两次跟踪试验在抖车形成机制上得到了具有一致性的分析结论:牵引变流器产生主频约9.2/9.3Hz的横向耦合共振,对车顶的横向角焊缝造成了严重疲劳损伤,但是只要牵引变流器横移模态频率>12 Hz,最好14 Hz,转向架振动报警的安全阈值则可适度提高。

中低速磁浮列车噪声研究与分析

[目的]在实际运行过程中,中低速磁浮列车产生的噪声是影响其列车服务质量的关键,因此有必要对中低速磁浮列车进行噪声分析。[方法]介绍了中低速磁浮列车噪声试验方案;以某中低速磁浮车辆为例,对列车典型运行工况下的列车磁浮噪声、悬浮架振动和直线电机电流进行分析,并提出相应的降噪措施。[结果及结论]9#电机测点处声压的噪声频率主要集中在低频段50 Hz以下,1000 Hz及其倍频处的噪声尤为明显。悬浮架垂向振动加速度主要集中于0~1.5 g(g为重力加速度),制动段垂向加速度明显高于加速段垂向加速度。悬浮架的垂向振动加速度高频振动成分主要集中在1000 Hz及其倍频处。1000 Hz的谐波电流会引起谐波电磁激振力,使车底机械结构发生电磁激振,进而引起磁浮列车车底的高频噪声。调整开关频率和加装滤波器等降噪措施能有效降低中低速磁浮列车的运行噪声。

风载作用下高速列车曲线通过性能研究

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线路激励情况,建立瞬态风载模型、横风作用下高速列车空气动力学模型及车辆动力学模型;对高速列车在不同车速和风速作用下的气动载荷变化规律进行分析,并对其以不同速度通过不同欠超高曲线线路时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等车辆关键动力学参数的变化规律进行分析,研究风载和曲线欠超高对高速列车脱轨和倾覆的影响。结果表明:风速变化引起的侧向力系数变化幅度大于车速;在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,除轮重减载率安全裕量明显降低外,轮轴横向力的安全裕量也降低,且车辆关键悬挂部件工作状态恶化,其中二系横向止档的位移迅速增大且工作状态接近压并,左右两侧空气弹簧压力差也迅速增大,车辆动力学性能的安全裕量明显下降。

中低速磁浮列车电磁线性涡流制动装置控制效能研究

[目的]线性涡流制动装置是磁浮列车的关键技术之一,但该技术目前仍不够成熟。对涡流制动技术进行研究,具有非常重要的理论意义和应用价值。[方法]建立了中低速磁浮列车线性涡流制动装置的模型,推导得到总涡流制动力F的计算式。为验证所设计涡流制动装置的减速效能,研制了涡流制动实物装置,并进行了台架试验。建立了电磁涡流制动力矩控制系统模型,分别基于开环控制算法、PID(比例-积分-微分)控制算法及模糊控制算法,得到这三种控制算法的中低速磁浮列车制动力特征曲线,进而对中低速磁浮列车的电磁涡流制动效能进行了深入分析。[结果及结论]对比仿真结果和试验实测结果,列车制动力的变化趋势几乎一致,由此可认为所推导的数学模型可信度较高。开环控制算法存在明显的超调,模糊控制算法较PID控制算法表现更佳。

低真空管道磁浮系统环境测试与数据处理

针对低真空管道磁浮交通运输系统搭建了数据采集系统,采用了GPS信号授时与IEEE1588以太网时钟同步的方式实现了分布式数据采集系统的时钟同步网络;对系统的多传感器进行了低真空和电磁场环境的影响测试,发现低真空环境下激光位移传感器产生了测量值减小的现象;同时以激光位移传感器为例,对比低真空环境下不同数据降噪方法对添加了不同信噪比的高斯噪声进行滤波处理,得出了不同信噪比下不同降噪方法的处理效果,以此为依据在工程实际情况选出最合适的降噪方法来得到更好的降噪效果;最后采用了基于不同降噪方法差值的数据异常值处理方法,与普通的区间估计异常值处理方法对比,从跳点去除效果和总去除个数证明了基于小波降噪的差值处理法对异常值处理的有效性,满足了实际工程的需要。

仿生球体形态对高速磁浮列车减阻的影响

采用基于SST k-ω双方程的IDDES湍流模型,在高速磁浮列车流线型部位设置不同形态的仿生球体结构,对其减阻性能进行瞬态模拟。研究结果表明:仿生球体结构不仅可以有效降低尾流流速,削弱尾流的整体强度,而且能够约束尾涡的发展,减小尾涡的辐射范围;球体结构减小了尾车流动分离位置处的高速流区面积,并有效延缓了湍流的猝发性,使得湍流强度降低,边界层厚度变窄;仿生球体结构对列车风产生一种吸附作用,使得高速区被集中在距离尾车鼻尖更近的部位,尾流的流速波动变小;球体形态差异对流场结构的影响较大,与凸包形态的球体结构相比,凹坑形态的球体结构对尾流强度的削弱作用更显著,对流动分离位置边界层的作用效果更好,对列车风的吸附能力更强;凸包形态和凹坑形态的仿生球体结构可分别减小7.64%和14.58%的尾车气动阻力,但会分别增大2.33%和1.16%的头车气动阻力。

基于集电线圈复用的电动磁浮列车感应式电能传输技术研究

为实现电动磁浮列车低速运行阶段无接触辅助供电,同时尽可能减轻耦合机构重量,并保障供电系统平稳输出,该文设计了一种利用磁浮系统原有线圈作为耦合机构的感应式电能传输(IPT)系统,通过线圈与电路结构重构,以列车低速运行阶段空置的悬浮线圈与集电线圈作为能量传输通道。由于不需额外安装能量传输线圈,所提出的IPT系统对磁浮列车自重影响小,且耦合机构在移动过程中具有互感恒定的特性,结合LCC-S谐振补偿电路,IPT系统在列车移动过程中与负载变化过程中均能保持稳压输出。为验证所提方案的可行性和有效性,搭建了1 kW的原理样机,在移动供电过程中,IPT系统输出电压波动仅1.51%,输出功率在300~1000 W范围变化时,输出电压波动为4.42%,系统整体效率为83.75%~86.61%。

EMS型中低速磁浮列车悬浮架技术研究综述

悬浮架是承载EMS(electro-magnetic suspension)型中低速磁浮列车运行的关键子系统,影响列车的悬浮稳定性、舒适性和安全性,需要对其进行深入研究.围绕国内外EMS型中低速磁浮列车应用案例,介绍了(悬挂)端置式悬浮架、(悬挂)中置式悬浮架的技术方案和特征,总结了主要技术指标.结合悬浮架技术研究、发展现状,讨论了磁轨作用关系、运动解耦能力、动力学性能、结构强度以及悬浮冗余设计五大研究方向,通过对研究内容梳理和总结,归纳了现有前沿科学问题和工程技术挑战:一是轨距亟须统一;二是动态磁轨关系研究欠缺;三是悬浮架横向动力学有待研究;四是悬浮架疲劳强度分析及试验不足;五是悬浮架机械结构冗余设计方案较少.

永磁电磁混合悬浮系统垂向稳定性研究

【目的】在不同程度的外界扰动力下实现永磁悬浮系统的稳定,提高系统运行的平稳性和安全性。【方法】针对永磁悬浮系统在外界扰动力下表现出的不稳定现象,提出了一种永磁电磁混合悬浮系统,对该系统进行动力学建模,分析得出该系统具有能控性与可观性。对永磁电磁混合悬浮系统设计了模糊PID控制器,通过MATLAB/Simulink建立了该悬浮系统的仿真框图,并在无外界扰动、外界正向扰动与外界负向扰动三种情况下,仿真出系统的垂向稳定性能。【结果】所设计的永磁电磁混合悬浮系统的模糊PID控制器响应速度快、超调量小、控制效果好、抗干扰能力强,能够使系统稳定悬浮于0.02 m的平衡位置,并且在外界扰动力为-50 N、150 N时,系统均能快速响应后稳定悬浮在平衡位置。【结论】该永磁电磁混合悬浮系统的适应性较强,在不同程度的外界扰动力下均能快速实现系统的稳定,能够在车辆行驶过程中提高乘客的舒适度。

高速磁浮列车测速定位问题综述

为研究高速磁浮列车测速定位问题,从系统工程角度阐述测速定位问题的技术本质是车地时空关系的表达,功能目标是实现车地时空信息的实时获取与交互,重点在于信息层面而不是单纯的测速定位技术研究应用或系统构建。分析归纳了在技术选用和系统设计时需充分考虑的时空一致性、时空约束性和时空敏感性特征以及五方面具体特点;汇总了高速磁浮列车测速定位技术研究进展,包括感应环线技术、齿槽检测技术、车载多普勒雷达技术、脉宽编码检测技术、射频应答器技术、卫星导航技术以及光纤测量技术,并分别从原理、优缺点、适用性、应用情况等方面进行分析。鉴于目前的研究绝大多数集中于技术层面,从工程化角度出发展望了测速定位技术和系统的发展,认为雷达技术、通感一体化技术、基于惯导的组合测速定位技术以及摄像测量技术值得关注,以工程化为目标的系统研究、设计和优化还需深入进行,需要跟随技术发展对多种技术组合进行持续研究和试验,并应构建测速定位技术的指标体系和评价方法。针对目前的系统架构下不能充分支持时空信息共享的问题,给出了一种总线架构参考。

中低速磁浮快线车-轨耦合振动源强特性试验

中低速磁浮快线作为一种新兴的城市轨道交通型式,其车-轨耦合作用实测资料很少。通过对长沙中低速磁浮快线提速试验中的轨道-桥梁系统车致振动实测数据进行分析,结果表明:轨道-桥梁系统的振动随传播距离增加而逐渐衰减,以从钢枕端部到承轨台的衰减最为显著;轨排接头对振动从钢枕到承轨台的传播具有“路径阻断”效应,主要出现在20 Hz以下的频率范围;钢枕测点2~200 Hz的振动分量Ⅲ型接头断面较轨排中部断面大,承轨台测点振动的优势频段为63~125 Hz;在以设计速度100 km/h运行工况下Ⅲ型接头断面、轨排中部断面的环境振动源强L_(vl,z,max)分别为81.4 dB和81.1 dB,提速至150 km/h时均为84.2 dB;两个断面的环境振动源强均与行车速度表现出比较显著的线性关系,可按本研究给出的L_(vl,z,max)-v表达式进行源强计算。

磁悬浮列车磁浮力的计算与分析

磁悬浮交通系统具有速度域宽、噪声小、环保节能、无接触悬浮与导向等特性,受到较为广泛的关注与研究。在磁浮列车-桥梁耦合系统动力学问题中,作为桥梁与磁浮列车之间的相互作用力,磁浮力是引起磁浮列车-桥梁耦合系统振动最根本的激励源,对其进行准确的计算与分析及其重要。简要阐述常导电磁悬浮、电动磁悬浮、高温超导磁悬浮的悬浮特点与基本原理,综述3种磁悬浮模式下磁浮力的计算公式,分析不同磁悬浮原理的优缺点及其适用情况。研究结果可为不同制式下磁浮列车-桥梁耦合系统中磁浮力的确定提供一定的参考。

电动磁浮列车用直线谐波发电机发电特性计算

为研究高速磁悬浮车辆直线谐波发电机的发电特性,首先,基于空间谐波法,提出超导线圈的磁动势分布模型,并推导超导线圈在三维空间内磁感应强度分布公式;其次,基于悬浮线圈与超导线圈间的电磁耦合关系,计算悬浮线圈电流的感应磁场,分析得知悬浮线圈五次谐波磁场用于感应集电;然后,将悬浮线圈五次谐波磁场作为集电线圈的激励,推导集电线圈感应电动势的解析式;最后,以日本山梨线MLX01型磁浮列车为工程背景,利用数值解析值、有限元仿真和日本山梨线实测数据进行了对比分析.研究结果表明:超导线圈磁感应强度、感应电动势和集电功率的解析值与有限元仿真、实测数据的相对误差均在10%以内,验证了磁动势分布模型和解析模型的有效性;列车速度大于100 km/h时,悬浮线圈电流及其感应磁场趋于饱和;集电线圈感应电动势与列车运行速度近似呈线性关系,集电功率与速度呈二次非线性关系;列车速度500 km/h时,集电功率为43.3 kW;列车速度在380 km/h时达到25.0 kW的目标集电功率,保证了磁悬浮车辆车载供电的可靠性.

中低速磁浮系统电磁环境分析

随着我国中低速磁浮系统的线路逐渐增多,其对电磁环境的影响也备受大众关注。该文系统地通过对中低速磁浮系统的电磁环境实测,系统分析中低速磁浮列车内、外电磁环境的时域、频域特性,牵引变电所的电磁环境特性,并将实测数据与相关国内外电磁环境标准对比,在中低速磁浮车内、站台、区间和变电所等处,各电磁环境参量(包括直流磁场、低频磁场、无线电干扰场强)均符合相关标准限值要求。中低速磁浮系统的电磁环境较好,对其内部及周围的设备和人员产生电磁影响概率较低,是一种值得大力推广的绿色城市轨道交通运输方式。

线间距对600 km/h高速磁浮列车明线交会气动性能的影响

为探明不同线间距下600 km/h高速磁浮列车明线交会时的气动特性,基于三维、非定常、可压缩的N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用重叠网格技术,分析列车明线交会时的车身周围流场结构、列车交会压力波和列车侧向力,通过动模型试验来验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明:在不同线间距下,列车交会时的车身周围流场分布特征相似,随线间距增大,列车尾涡展向角逐渐增大,两交会侧车身之间流场的速度和压力不断减小;不同线间距下的列车压力波变化规律一致,压力波幅值与列车运行速度的二次方近似呈正比,当线间距由5.1 m分别增大至5.6 m和6.1 m时,压力波幅值分别减小28.2%和42.4%,且增大线间距对列车压力波正波缓解作用比负波的大,头波的缓解作用比尾波的大;列车交会过程中头车侧向力幅值比尾车和中间车的幅值大,增大线间距对尾车侧向力的缓解作用比头车和中间车的大,当线间距由5.1 m增大至6.1 m时,头车、中间车和尾车的侧向力幅值分别减小33.8%、34.1%和35.7%。

高温超导磁悬浮准静态的力弛豫特性

为了研究顶部籽晶熔融织构法制备的钇钡铜氧超导块材在Halbach永磁轨道上的准静态悬浮力弛豫特性,定义了弛豫完整过程,划分为激励过程(含起始状态、中间过程、终止状态)、弛豫过程和稳态结果;在激励过程起始和终止状态相同时,通过搭建的悬浮力测试装置,研究了复杂中间过程对稳态结果的影响;基于磁化和Anderson-Kim模型建立了弛豫分析模型,对力弛豫规律进行分析和总结.研究结果表明:4种不同中间过程位移形式的稳态结果趋于一致,但位移过程中的最大悬浮力受到往返次数以及速度的影响,其中最大悬浮力点分布在随时间对数衰减的曲线周围;弛豫过程前终止状态的悬浮力与移动速度正相关,经过弛豫过程后的稳态结果趋于一致,而弛豫过程后以不同移动速度重复往返一次,移动速度对最大悬浮力的影响明显减弱(最大悬浮力差值由3.7 N降低为2.0 N);超导体在激励过程和弛豫过程中皆存在弛豫现象,而移动速度以及往返次数对最大悬浮力的影响结果是激励过程力弛豫的表现.