高速公路主线的鲁棒限速控制

将高速公路限速系统视为一个不确定性系统,该系统应当具备一定的鲁棒性与鲁棒稳定性,即对其中每一个对象都可以保证其反馈系统的内稳定。为了增强高速公路限速系统的鲁棒性与鲁棒稳定性,运用基于宏观交通流模型建立非线性状态方程的方法,使模型在一定扰动的情况下保持稳定。采取以下几个步骤进行分析和运算:(1)从整个不确定性仿射非线性系统出发,寻找它的公称状态空间模型;(2)应用状态反馈线性化方法,把公称的仿射非线性系统严密线性化;(3)通过考虑仿射非线性系统的不确定性,使得反馈线性化系统可以用加法不确定性线性系统或乘法不确定性系统来描述;(4)针对反馈线性化系统,用D-K迭代法或μ-K迭代法进行线性鲁棒控制器设计;(5)把线性鲁棒控制器回代到仿射非线性系统中,从而得到非线性鲁棒控制器。进而将这种方法运用在实际算例中,检验了该方法的实用性与可靠性。

一种非线性滤波器的设计

工业现场中测量信号往往含有大量噪声,直接将这些测量信号引入到闭环控制系统中,可能导致执行机构产生不必要的动作。为此,设计一种包含高频通道和低频通道的非线性滤波器,在高频通道侧增加死区限幅非线性环节,可以实现对高频小幅干扰信号及大幅异常突变信号进行滤波,而对正常变化范围内的信号不进行滤波处理。用这种非线性滤波器分别对火电机组的炉膛压力、汽包水位、磨煤机电流等信号进行滤波处理,在不影响系统控制品质的前提下,能够有效减小执行机构异常动作的幅度和频率。

牵引电机悬挂方式对机车横向稳定性的影响研究

以刚性架悬、弹性架悬和半体悬高速动力车为研究对象分别建立动力学分析模型,对它们的横向稳定性进行对比分析研究。另外,针对设计方案中高速动力车低速运行时轮对横向振动出现小幅度的极限环振动问题,分析了3种高速动力车横向稳定性对一系纵向刚度变化的敏感性。结果表明半体悬高速动力车的非线性临界速度最高,刚性架悬高速动力车的非线性临界速度最低,弹性架悬高速动力车的非线性临界速度居中;3种高速动力车的非线性临界速度都会随着一系纵向刚度的增大而减小,刚性架悬和弹性架悬机车在低速运行时轮对横向振动的极限环振幅随着一系纵向刚度的增大会有所增大。

轮对非线性动力学系统蛇行运动的解析解

在对铁路车辆系统的极限环幅值和非线性临界速度进行分析时通常采用数值方法,不便于研究其随系统参数的变化规律.轮对系统保留了影响车辆系统动力学性能的几个关键要素:如轮轨几何非线性约束、轮轨接触蠕滑关系和悬挂系统等,可以反映铁路车辆系统蛇行运动的本质特性.轮对系统自由度少、参数少,可以采用解析方法进行分析.本文选取合适的特征量把轮对非线性动力学方程无量纲化,得到了带有小参数的两自由度微分方程;采用多尺度方法对该方程进行了解析求解;给出了轮对系统极限环幅值的解析表达式并对其稳定性进行了判定;给出了轮对系统的分岔速度解析表达式,并进而获得系统的非线性临界速度的解析表达式.在对得到的解析解用数值结果进行验证后,用得到的解析解进行了系统参数影响分析.传统的分岔图计算方法(如降速法、路径跟踪法等)需对微分方程进行大量数值积分计算方可求解系统的非线性临界速度值,而通过本文获得的解析表达式可直接给出系统的非线性临界速度值和极限环幅值,便于研究轮对系统动力学特性随参数的变化规律,进行快速方案比对和筛选,为转向架结构优化设计提供参考.

侧向安全边界理论在圆曲线路段限速中的应用

针对现有公路限速策略无法准确反映几何线形、路面附着条件对汽车侧向稳定性影响的问题,将圆曲线路段汽车侧向失稳状态解耦为3种失稳模式,推导各失稳模式安全边界的精确计算方法,提出有效保障行车安全的限速值.首先,分析汽车传统侧向稳定性评价指标—横向力系数的不足,将失稳状态解耦为转向失稳、失去轨迹保持能力、侧翻3种模式,提出各模式的汽车安全性评价指标.然后,构建7自由度非线性整车-圆曲线路段耦合模型,通过理论推导、回归拟合得到各评价指标安全边界的计算模型.然后,采用Carsim仿真验证不同附着系数路面下各指标安全边界的准确性.最后,基于7自由度非线性车-路耦合模型和安全边界计算模型,通过Simulink仿真得到公路圆曲线路段临界安全车速,比较该策略与运行速度、设计速度等限速策略的差异.结果表明:当路面干燥、潮湿时,采用设计速度限速过于保守;当路面潮湿、积雪时,运行速度往往大于临界安全车速,应降低限速值,以保障行车安全.所提出的限速策略充分考虑了汽车侧向运动的非线性特征,可作为面向驾驶期望、通行效率等山区公路限速策略的有益补充.

考虑机翼几何非线性的气动弹性建模与分析

大展弦比柔性机翼结构重量轻、气动效率高,广泛应用于高空长航时无人机(UAVs)。飞行过程中,这类机翼在气动力作用下发生大变形,线性结构模型不再适用,需要建立考虑几何大变形的结构模型。采用牛顿力学方法推导了考虑结构几何非线性的机翼结构动力学模型,该方法推导过程简洁、物理意义明确,可以与Hodges基于哈密顿原理的推导方法相互补充,相互验证。为了能够更准确地求解大展弦比柔性机翼的非定常气动力,建立了能够考虑机翼三维效应且适用于机翼空间大变形的非定常气动力模型。基于建立的非线性结构模型和非定常气动力模型,采用松耦合方法建立了非线性气动弹性模型,并通过算例验证了气弹模型的准确性。研究结果表明,大展弦比柔性机翼颤振速度对来流迎角和机翼的展长均较为敏感;当来流速度大于颤振速度时,由于几何非线性,机翼振动并未发散而是形成稳定的极限环振荡(LCO);随着来流速度进一步增加,机翼再次穿过临界稳定点,由不稳定系统变为稳定系统,直到随着速度的增加系统再次达到临界稳定状态。