基于双延迟深度确定性策略梯度的受电弓主动控制

弓网系统耦合性能对于高速列车受流质量起着至关重要的作用,提高弓网耦合性能,一种有效的方法是针对受电弓进行主动控制调节,特别是在低速线路提速及列车多线路混跑时,主动控制可通过提高弓网自适应适配性,有效降低线路改造成本并提升受流质量。针对受电弓主动控制问题,该文提出一种基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)的深度强化学习受电弓主动控制算法。通过建立弓网耦合模型实现深度强化学习系统环境模块,利用TD3作为受电弓行为控制策略,最终通过对控制器模型训练实现有效的受电弓控制策略。实验结果表明,运用该文方法可有效提升低速线路列车高速运行时弓网耦合性能及受电弓在多线路运行时的适应性,为铁路线路提速及列车跨线路运行提供新的思路。

基于列车控制与管理系统的双受电弓主动选择控制方案

[目的]受电弓故障会造成列车牵引能力的丢失,严重影响列车的正常运行。为了改善列车同一辆车上两架受电弓碳滑板磨耗不均的情况,提出一种基于列车控制与管理系统的双受电弓主动选择控制方案。[方法]介绍了城市轨道交通双受电弓控制技术的现状;分析了受电弓碳滑板的磨耗原因;介绍了基于列车控制与管理系统的双受电弓主动选择控制方案的原理及受电弓的控制流程。[结果及结论]根据碳滑板磨耗算法,所提受电弓主动控制方案能够综合计算碳滑板的热磨耗和机械磨耗程度,实时自动评估同一辆车上两架受电弓碳滑板的磨耗程度,最终使列车自动选择升起碳滑板磨耗较小的受电弓。通过所提受电弓主动选择控制方案的逻辑判断与执行,可以提高受电弓控制的智能化程度,同步两架受电弓碳滑板的更换周期,降低受电弓的维护成本。

智能化铁道机车受电弓控制策略研究

该文探讨了受电弓系统的结构与工作原理,以及其控制的重要性。在控制策略方面,传统方法已逐渐演进为更先进的模型预测控制和机器学习技术的应用,以提高受电弓的位置控制和系统性能。同时,高精度传感器和实时数据监测成为实现精确控制的关键,系统故障检测和容错控制策略确保了系统在面对故障或异常情况时的安全性和可靠性。这些进展共同推动了铁路电力系统的现代化和智能化,为未来的铁路交通提供了更高效、更安全和更可持续的解决方案。

跨座式单轨受电弓滑模变结构半主动控制方法研究

跨座式单轨列车采用刚性接触网,运行中往往会产生强烈的刚性振动与剧烈的接触力波动,直接影响受电弓受流质量和使用寿命。提出了一种跨座式单轨受电弓滑模变结构半主动控制方法。分别选择二元受电弓模型和磁流变阻尼作为研究对象和操动机构。首先,以跨座式单轨弓网耦合关系为基础,从理论分析入手提出了弓网耦合模型,得到了其动力学方程;其次,在上述理论支持下,通过Simulink仿真手段,结合滑模变结构控制搭建受电弓主动控制系统;最后,建立磁流变阻尼器的逆向模型,实现了受电弓的半主动控制。当磁流变阻尼器接收到控制器传递的控制信号后,通过调节电流,输出期望控制力并最终作用于受电弓上,有效解决了接触力波动剧烈的问题。通过实验证明,所提方法对弓网接触力控制更加准确,大幅降低弓网接触力波动标准差,降幅超过17.34%,且规避了弓网系统离线情况的发生,验证了所提方法在改善弓网受流质量和延长受电弓使用寿命上的稳定性和优越性。

基于反步法的弓网系统接触力跟踪控制策略

针对高速列车实际运行时弓网接触力波动大而影响受流质量的问题,以受电弓理想弓头位移为控制对象,通过弓头位移间接实现对接触力的控制。采用一种非线性状态反馈的控制方法,将弓网系统的线性时变模型转化成级联形式,以反步法作为控制器设计的基本结构,为弓网子系统分步设计控制器。对于系统中不可测状态量,设计一种观测器对其进行重构,并证明了观测误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器能够使接触力有效的跟踪到目标值,当运行速度为300km/h时,跟踪偏差仅3.01%,验证了该控制策略的优越性。

基于比例谐振控制的弓网低频振荡抑制方法研究

同一供电臂下多台电力机车或多列动车组引起的弓网低频振荡问题一直是铁路供电与牵引控制领域较为棘手的问题。结合单相四象限整流器比例谐振控制器设计方法和弓网低频振荡机理分析,提出了一种抑制弓网低频振荡的方法。其重点是对基于比例谐振控制的单相四象限整流器算法模型进行改进,消除一拍延迟环节,改善控制器阻尼比,并进行了仿真验证与实车验证。验证结果显示改进后的比例谐振控制算法有效改善单相四象限整流器电流调节性能,并在抑制弓网低频振荡方面表现出较好的效果。

弓网分离时刻牵引电流相位对弓网离线电磁骚扰影响研究

弓网离线电弧引起的电磁辐射,是列控系统主要的电磁骚扰源之一。为研究弓网离线时刻牵引电流相位对弓网离线电磁辐射特性的影响,在实验室中搭建弓网分离时刻电流相位可控的低压大电流弓网离线拉弧模拟试验平台,同步采集不同离线相位下的电弧电压、电弧电流及电磁辐射的时域波形数据,通过对电磁辐射时域信号进行快速傅里叶变换(FFT),分析离线相位对电磁辐射信号频域特性的影响规律。结果表明:弓网离线拉弧放电过程中,起弧和熄弧时刻的电磁辐射通常大于稳定燃弧时的电磁辐射;离线拉弧电磁辐射主要频段的中心频率约为4,7,15和25 MHz左右,且不同频段电磁辐射强度与弓网分离时刻的牵引电流相位相关,4和7 MHz骚扰信号峰值出现在270°相位发生离线时,15 MHz骚扰信号峰值出现在234°相位发生离线时,25 MHz骚扰信号峰值出现在306°相位发生离线时;离线时刻相位的随机性是导致弓网离线干扰故障随机性的重要原因之一。试验结果对于搭建测试平台进行故障复现、研究过分相区断路器的分合闸控制策略以降低电磁骚扰,具有一定的借鉴和启发。

高速铁路受电弓概况

通过对国内外现有受电弓性能的分析,提出了应开发主动受电弓。为改善弓网动态特性,使受电弓对于接触网具有良好的跟随性,减少离线和拉弧,必须减少弓网间接触力的波动,使之在一定的范围内变化。提出在受电弓集电头和底座上安装执行机构,通过传感器返回弓网接触力,与估计力的差值作为控制的输入去控制受电弓的位移。同时也介绍了受电弓主动控制的思想、模型及弓网接触力的受力方案。弓网间受力一般设定为力作用在受电弓集电头上,与执行机构配合作用去控制受电弓,达到主动控制的目的。

基于状态空间法的受电弓主动控制的研究

建立线性化的受电弓模型和接触网的有限元模型、以及它们的耦合系统动力学模型,分析接触网的刚度变化,利用最优控制理论对主动控制式受电弓进行了理论上的研究。根据高速铁路对受电弓和接触网动力学性能的要求,从降低接触压力的波动以改善受流质量着手,针对弓网关系的特点,建立了受电弓主动控制系统模型,采用全状态反馈设计并利用线性二次型最优控制策略设计了受电弓主动控制的控制器,并求得了控制器参数。对控制系统进行仿真验证和研究。结果表明,采用主动控制式受电弓,能够降低接触压力的波动,提高弓网系统的动态性能,改善受流质量。

基于磁流变阻尼器的受电弓主动控制分析与验证

作动器是受电弓主动控制系统应用的瓶颈,磁流变阻尼器作为新型材料磁流变液发展而来的智能化元器件具有很多优良特性,将其用于弓网接触力的主动调节。首先建立了精确的磁流变阻尼器正向扩展双曲正切模型和逆向简化双曲正切模型,同时建立了和磁流变阻尼器结合的弓网耦合系统模型;为分析其在不同出力时程下的特性,设计了最优控制器、变结构控制器和模糊控制器对受电弓进行控制,并以SSS400+型受电弓为对象进行验证;最后以实际所需的主动控制力为标准,分析了作动器对理论控制力的跟踪能力。研究结果表明:磁流变阻尼器在不同控制策略的出力时程中均有较好表现,由于其较快的反应时间、较好的跟踪精度和较小的能量消耗,将其作为受电弓主动控制系统中的作动器具有很大的应用价值和发展潜力。

降低弓网磨耗的受电弓主动控制策略研究

为了减少受电弓与接触网的磨耗,延长弓网使用寿命,同时保证弓网受流质量,在载流摩擦磨损理论、控制理论和微控制技术基础上,提出一种基于接触网磨损量检测和弓网接触压力受控的受电弓主动控制策略,并从软件方面对控制系统受到的电磁干扰进行防护设计。受电弓采用该主动控制策略,能明显降低弓网的磨损量,有效控制弓网接触压力的波动,提高和改善高速机车的受流质量。

基于LQR的高速受电弓最优半主动控制研究

论述受电弓控制类型及特点,探讨改善弓网动态性能的主要措施;建立受电弓最优主动控制和最优半主动控制模型;利用simulink仿真手段,对被动控制、最优主动控制、最优半主动控制下的弓网动态性能进行研究,进而依据相关评价体系分析最优主动控制和半主动控制策略对弓网动态特性和受流质量的影响。研究表明,受电弓的主动与半主动控制可有效改善弓网振动性能,而半主动控制具有所需外界能量少、控制过程无条件稳定、控制效果与主动控制接近等特点,将成为新型受电弓的主要研究方向。

应用于接触网/受电弓混合模拟试验台的计算机测控系统

文章在分析了铁路接触网/受电弓系统发展现状的基础上,系统地介绍了接触网/受电弓混合模拟试验台测控系统的硬、软件设计和构成。试验表明:以计算机测控系统为核心的混合模拟试验台,可进行接触网/受电弓系统的各种综合试验,为我国高速弓网系统的研制奠定了一定的基础。

摆式列车受电弓垂向振动主动控制

建立了摆式列车机电耦合动力学模型、受电弓线性和非线性动力学模型及接触网有限元模型和静态接触刚度模型,组成摆式列车-受电弓-接触网耦合动力学模型,分别设计了P和H∞鲁棒控制器,应用数值仿真方法,研究了摆式列车直线和曲线通过时两种控制器对摆式列车受电弓垂向主动控制的效果。结果表明受电弓若无垂向控制,其弓网接触压力波动较大;P和H∞鲁棒控制均能减小弓网接触压力的波动;控制延时对P控制比对H∞鲁棒控制的影响大;是否考虑接触网的振动对接触压力影响较大,对控制效果影响不大。这说明摆式列车受电弓垂向主动控制能明显改善弓网接触压力波动;H∞鲁棒控制比P控制效果更好;接触网的静态接触刚度模型可用于受电弓主动控制的定性分析。

高速铁路受电弓主动控制算法适用性研究

为分析适用于不同受电弓的最佳主动控制算法,建立了有效的弓网模型,设计了最优控制器、变结构控制器和模糊控制器.以应用最广泛的SBS81、DSA250、DSA380和SSS400+型受电弓为控制对象进行了验证,并分析了控制前后接触力最大值、最小值、平均值和标准差4个统计量,结果表明:当列车在简单链型悬挂接触网下行驶速度为250 km/h时,SBS81和DSA380应用变结构控制,接触力标准差分别降低了34.4%和18.6%,而应用最优控制则仅分别降低12.7%和10.0%;DSA250应用最优控制时接触力标准差降低了25.7%,而应用变结构控制仅降低了14.8%;SSS400+应用模糊控制时接触力标准差降低了38.1%.表明SBS81和DSA380适合变结构控制,DSA250应用最优控制表现最优,而SSS400+更适合模糊控制.

一种减少弓网磨损的受电弓主动控制系统的研究

为了减少受电弓与接触网的磨损,延长弓网使用寿命,同时保证弓网受流质量,在载流摩擦磨损理论基础上,提出了一种基于接触网磨损量检测和弓网接触压力受控的受电弓主动控制系统。文章对受电弓的主动控制系统的总体结构、硬件组成及弓网接触压力的程序控制逻辑进行了详细阐述,对我国主动控制型受电弓从设计探索到实现应用具有重要的现实意义。

动车组升弓控制系统

以CRH3为背景描述了动车组升弓控制装置的组成和原理,包括压力空气的供给和调整。同时介绍了CRH3升弓控制过程,并对列车重联、过分相时的升弓控制原理和工作方式进行了介绍。

基于T-S模糊故障树的受电弓系统可靠性分析

针对动车组受电弓故障统计中历史故障数据的多源异构和数据缺失等问题,同时考虑到受电弓故障的多态性,提出了以信心指数修正的专家调查法结合T-S模糊故障树,对受电弓可靠性进行分析。首先构建动车组受电弓系统的T-S模糊故障树;再对故障树基本事件进行基于信心指数修正的专家调查,得出基本事件模糊故障率;然后根据基本事件模糊故障率计算顶事件模糊可能性和基本事件模糊重要度;最后根据模糊重要度分析系统不同故障状态时影响其可靠性的薄弱环节。该分析结果与动车组的实际情况相符,可为受电弓系统的检修提供参考。

变刚度弓网系统主动控制研究

以变刚度时变弓网系统模型为研究对象,应用最优控制策略,分别采用控制力作用于框架和弓头两种方式,对弓网间接触力进行主动控制,仿真结果表明,采用受电弓主动控制能够抑制弓网间接触力的波动,提高受流质量,当主动控制力直接作用于框架时控制效果更好。

高速机车主动控制受电弓研究

受电弓与接触网之间的振动问题,一直是制约电力机车提速的关键之一。本文对2种类型接触网的刚度进行了非线性最小二乘曲线拟合,并给出了统一的拟合公式,建立了3自由度弓网系统模型,采用最优控制策略,对不同运行速度下弓网间接触力进行主动控制。仿真结果表明,采用主动控制受电弓可以有效地抑制接触力的波动,控制效果较好。