论文部分内容阅读
动力总成作为内燃动车组的动力来源,它的振动状况会直接影响到车身的使用寿命及乘客乘坐的舒适性,传统的双层隔振系统优化边界条件已经达到极致,很难再进一步提高隔振效率。磁悬浮具有响应速度快、耗能小、无污染的优点,采用准零刚度磁悬浮隔振器对动力总成进行隔振是一条较有潜力的发展方向,对它进行研究具有一定的理论意义和应用价值。
本文结合内燃动车动力总成特点设计了一种准零刚度磁悬浮复合隔振器,并对磁悬浮电磁部分的控制策略进行了研究。通过内燃动力总成仿真实验平台,验证了磁悬浮复合隔振器在动力总成隔振系统上的有效性。
首先,本文根据内燃动车动力总成的振动特性,建立了磁悬浮复合隔振器的原理样机,对其进行了参数设计。并通过实验确定了该原理样机电磁力的修正模型。接下来,对磁悬浮部分的控制策略进行了研究,推导出了任意位移激励下磁悬浮隔振器最优电流的表达式。并对永磁体的负刚度特性进行了研究,建立了符合内燃动车动力总成隔振要求的双环永磁体复合隔振器模型。由于内燃动车动力总成弹性元件的静刚度性能会发生衰减,因此本文研究了磁悬浮隔振器中间板位置发生偏离时的上下板电流控制策略。对于档位固定的动力总成,可计算出不同偏离量下的最优电流值,利用其对磁悬浮复合隔振器进行控制。最后,针对转速功率连续可调的内燃动车动力总成,利用改进的遗传算法对磁悬浮复合隔振器的电流进行控制,并通过Simulink仿真验证了该种控制方法的有效性。利用内燃动力总成仿真实验平台,对几种复合隔振器方案传递到基础的动反力进行了分析比较。
研究结果表明:采用本文的电磁力修正模型计算出的电磁力更加接近真实值,模型的精度更高,能够准确地反应出磁悬浮复合隔振器的动力学特性;在最优电流条件下,磁悬浮复合隔振器对于低频和高频的位移激励均有较好的隔振效果,相对于传统的弹性隔振器,隔振效率分别提升了86.3%和95.5%;当磁悬浮复合隔振器的静平衡位置发生偏离时,会使隔振效率明显降低,可通过调节上下板的电流大小进行改善;利用改进遗传算法对磁悬浮复合隔振器的电流进行半主动控制,使传递到基础的动反力下降了95%;由内燃动力总成仿真实验平台的仿真结果可知:使用磁悬浮复合隔振器可以显著提高内燃动力总成隔振系统的隔振效率,永磁体型复合隔振器与位置偏离时的磁悬浮复合隔振器均可提高隔振系统的隔振效率,但效果有所下降;采用磁悬浮复合隔振器的单层隔振系统也可提高系统的隔振效率,为内燃动力总成隔振系统的设计提供了一种新思路。
本文研究的磁悬浮准零刚度隔振技术可以为内燃动力总成的隔振提供应用的基础,同时得出的一些普遍的规律结论也可以为其他动力机组隔振系统的研发提供参考。
本文结合内燃动车动力总成特点设计了一种准零刚度磁悬浮复合隔振器,并对磁悬浮电磁部分的控制策略进行了研究。通过内燃动力总成仿真实验平台,验证了磁悬浮复合隔振器在动力总成隔振系统上的有效性。
首先,本文根据内燃动车动力总成的振动特性,建立了磁悬浮复合隔振器的原理样机,对其进行了参数设计。并通过实验确定了该原理样机电磁力的修正模型。接下来,对磁悬浮部分的控制策略进行了研究,推导出了任意位移激励下磁悬浮隔振器最优电流的表达式。并对永磁体的负刚度特性进行了研究,建立了符合内燃动车动力总成隔振要求的双环永磁体复合隔振器模型。由于内燃动车动力总成弹性元件的静刚度性能会发生衰减,因此本文研究了磁悬浮隔振器中间板位置发生偏离时的上下板电流控制策略。对于档位固定的动力总成,可计算出不同偏离量下的最优电流值,利用其对磁悬浮复合隔振器进行控制。最后,针对转速功率连续可调的内燃动车动力总成,利用改进的遗传算法对磁悬浮复合隔振器的电流进行控制,并通过Simulink仿真验证了该种控制方法的有效性。利用内燃动力总成仿真实验平台,对几种复合隔振器方案传递到基础的动反力进行了分析比较。
研究结果表明:采用本文的电磁力修正模型计算出的电磁力更加接近真实值,模型的精度更高,能够准确地反应出磁悬浮复合隔振器的动力学特性;在最优电流条件下,磁悬浮复合隔振器对于低频和高频的位移激励均有较好的隔振效果,相对于传统的弹性隔振器,隔振效率分别提升了86.3%和95.5%;当磁悬浮复合隔振器的静平衡位置发生偏离时,会使隔振效率明显降低,可通过调节上下板的电流大小进行改善;利用改进遗传算法对磁悬浮复合隔振器的电流进行半主动控制,使传递到基础的动反力下降了95%;由内燃动力总成仿真实验平台的仿真结果可知:使用磁悬浮复合隔振器可以显著提高内燃动力总成隔振系统的隔振效率,永磁体型复合隔振器与位置偏离时的磁悬浮复合隔振器均可提高隔振系统的隔振效率,但效果有所下降;采用磁悬浮复合隔振器的单层隔振系统也可提高系统的隔振效率,为内燃动力总成隔振系统的设计提供了一种新思路。
本文研究的磁悬浮准零刚度隔振技术可以为内燃动力总成的隔振提供应用的基础,同时得出的一些普遍的规律结论也可以为其他动力机组隔振系统的研发提供参考。