高速列车半主动悬挂系统振动的非线性动力学研究进展及展望
Study and Progress of Nonlinear Dynamics of Semi-Active Suspension System Vibration for Railway High-Speed Train
DOI: 10.12677/OJAV.2018.63009, PDF,    国家自然科学基金支持
作者: 严志刚：南昌航空大学航空制造工程学院，江西 南昌；赵艳影*：南昌航空大学飞行器工程学院，江西 南昌
关键词: 高速列车；振动；非线性；半主动悬挂系统；主动控制；时滞；Railway High-Speed Train； Vibration； Nonlinear； Semi-Active Suspension System； Active Control； Time Delay
摘要: 列车的速度不断提高，导致机车和车辆的振动加剧。要提高列车运行的稳定性和平稳性，需要采用主动或半主动悬挂系统，对运动进行主动或半主动控制。半主动悬挂系统用可控阻尼器代替主动悬挂系统中的主动力作动器，二系阻尼器是一个可控阻尼器，控制系统可以实时调节阻尼力，从而改善悬挂系统动力学性能。本文主要对半主动悬挂系统控制策略和减振器技术的研究现状进行总结，并对高速列车半主动悬挂系统振动有关非线性动力学方面的研究进行了展望。
Abstract: The speed of railway high speed train is constantly increasing, and the vibration of locomotives and vehicles is increased. In order to improve the stability and stationary, the active or semi-active suspension system is used to implement active or semi-active control. In semi-active suspension system, the active suspension system is replaced by a controlled damper instead. The secondary suspension system is a controlling damper, and the damper force can be adjusted timely and improve the dynamical behavior. In the present paper, the nonlinear dynamics of semi-active suspension vibrating system is summarized, including the semi-active control strategy and vibration absorber technique. The study and progress of nonlinear dynamics and semi-active control are reviewed and the prospect of semi-active suspension vibrating system is also discussed.
文章引用：严志刚, 赵艳影. 高速列车半主动悬挂系统振动的非线性动力学研究进展及展望[J]. 声学与振动, 2018, 6(3): 71-78. https://doi.org/10.12677/OJAV.2018.63009

参考文献

[1] Karnopp, D.C., Croby, M.J. and Harwood, R.A. (1974) Vibration Control Using Semi-Active Force Generators. Journal of Engineer-ing for Industry, 96, 619-626. [Google Scholar] [CrossRef] 
[2] Margolis, D.L., Tyle, J.L. and Hrovat, D. (1997) Heave Mode Dynamics of a Tracked Air Cushion Vehicle with Semi-Active Airbag Secondary Suspension. ASME Journal of Dynamic System, Measurement and Control, 119, 399-407. [Google Scholar] [CrossRef] 
[3] 中村哲也, 斋藤司, 佐佐木君章, 梶谷泰史. 新型半主动悬挂系统装车试验结果分析[J]. 电力机车与城轨车辆, 2003, 26(6): 51-52.
[4] 王骏, 卿金伟, 李海滨. PID-GPC算法在高速列车横向半主动悬挂控制系统中的应用[J]. 西南科技大学学报, 2010, 25(4): 68-72.
[5] 曾志华, 章一鸣. 车辆主动悬挂的最优控制研究[J]. 振动工程学报, 1992, 5(1): 25-29.
[6] 董仲美, 王自力, 蒋海波. 基于最优控制的半主动悬挂机车非线性稳定性分析[J]. 内燃机车, 2007(3): 13-16.
[7] 张汉全, 周斌. 车辆主动悬挂的H∞最优控制[J]. 铁道机车车辆, 1996(2): 43-60.
[8] 陈春俊. 高速列车横向主动、半主动悬挂控制研究[D]: [博士学位论文]. 成都: 西南交通大学, 2006.
[9] 张汉全, 戴焕云, 周斌, 杨名利. H∞与μ鲁棒控制方法在车辆主动悬挂中的应用[J]. 铁道学报, 1997, 15(5): 121-128.
[10] 戴焕云. 车辆主动悬挂的鲁棒控制研究[D]: [博士学位论文]. 成都: 西南交通大学, 1999.
[11] 方敏, 王峻, 陈无畏. 汽车半主动悬架的自适应LQG控制[J]. 汽车工程, 1997, 19(4): 200-205.
[12] 杨建伟, 黄强, 李伟. 铁道车辆横向半主动悬挂试验系统[J]. 铁道车辆, 2006, 44(12): 4-6.
[13] 丁问司, 曹诗军. 基于模糊控制的高速列车半主动减振器研究[J]. 液压与气动, 2008, 12: 14-16.
[14] 丁建明, 陈春俊, 林建辉, 陈哲明, 刘海泉. 高速列车横向半主动悬挂系统模糊控制[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(2): 74-78.
[15] Yang, Z.Q., Zhang, J.M., Chen, Z.C. and Zhang, B.A. (2011) Semi-Active Control of High-Speed Trains Based on Fuzzy PID Control. Procedia Engineering, 15, 521-525. [Google Scholar] [CrossRef] 
[16] 宋雨, 陈卫东, 张锦. 高速列车半主动悬挂系统遗传优化模糊控制[J]. 噪声与振动控制, 2012, 32(6): 158-164.
[17] 王月明, 曾京. 车辆横向半主动悬挂的神经网络自适应控制[J]. 铁道学报, 2002, 24(4): 34-37.
[18] 丁问司, 卜继玲. 基于非线性神经网路的列车半主动悬挂系统[J]. 华南理工大学学报, 2005, 33(12): 75-77.
[19] 陈春俊, 吴学杰, 张卫华. 列车横向主动悬挂广义预测控制研究[J]. 昆明理工大学学报, 2005, 30(4A): 5-48.
[20] 马新娜, 杨绍普, 邸书灵. 基于磁流变阻尼器的高速机车横向半主动振动控制研究[J]. 振动与冲击, 2009, 28(7): 126-130.
[21] 刘永强, 杨绍普, 廖英英, 马新娜. 基于MR阻尼器的高速动车组悬挂系统半主动控制仿真[J]. 振动与冲击, 2010, 29(12): 97-101.
[22] 刘宏友, 李莉, 王勇. 高速列车开关式横向半主动悬挂系统的理论与实践[J]. 铁道车辆, 2012, 50(1): 1-4.
[23] 刘宏友, 曾京, 李莉, 丁问司. 高速列车二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂系统的研究[J]. 中国铁道科学, 2012, 33(4): 69-74.
[24] 潘双夏, 杨礼康, 冯培恩. 高速列车及其减振系统的发展趋势[J]. 中国机械工程, 2002, 13(24): 2157-2160.
[25] 丁问司, 刘少军, 卜继玲. 高速开关阀控制的高速列车横向半主动减振器[J]. 机床与液压, 2003(3): 50-51.
[26] 丁问司. 高速列车半主动减振器电液控制阀研制[J]. 机床与液压, 2005(11): 56-60.
[27] 胡均平, 钟定清. 高速列车可调阻尼油压减振器的研究[J]. 液压与气动, 2006(6): 71-73.
[28] 朱春生. 提速和高速列车用油压减振器综述[J]. 机车车辆工艺, 2002(1): 5-8.
[29] 杨弘. 高速列车减振降噪技术研究[J]. 铁道车辆, 2006, 44(2): 9-14.
[30] 高国生, 杨绍普, 陈恩利, 马冰玉. 高速机车悬架系统磁流变阻尼器试验建模与半主动控制[J]. 机械工程学报, 2004, 40(10): 87-91.
[31] 高国生, 杨绍普, 郭京波. 基于磁流变阻尼器的机车横向悬挂半主动控制研究[J]. 功能材料, 2006, 37(5): 802-804.
[32] 周洪涛, 杨绍普, 朱红霞. 基于模糊控制的高速机车横向半主动控制研究[J]. 振动与冲击, 2011, 30(9): 145-149.
[33] 廖英英, 刘永强, 刘金喜, 杨绍普. 时滞对高速铁道车辆悬挂系统半主动控制的影响[J]. 北京交通大学学报, 2011, 35(1): 113-118.
[34] 杨明辉. 半主动悬挂机车横向动力学性能研究[D]: [研究生学位论文]. 成都市: 西南交通大学, 2005.
[35] 曾京, 戴焕云, 邬平波. 基于开关阻尼控制的铁道客车系统的动力学性能研究[J]. 中国铁道科学, 2004, 25(6): 27-31.
[36] 刘宏友, 李亨利, 李莉, 武立国, 虞大联. 半主动悬挂系统动力学性能仿真分析[J]. 中国铁道科学, 2010, 31(2): 61-66.
[37] 王月明. 高速客车半主动悬挂控制技术研究[D]: [研究生学位论文]. 成都市: 西南交通大学, 2002.
[38] Liu, B. and Hu, H.Y. (2010) Group Delay Induced Instabilities and Hopf Bifurcations of a Controlled Double Pendulum. International Journal of Non-Linear Mechanics, 45, 442-452. [Google Scholar] [CrossRef] 
[39] Compbell, S.A., Crawford, S. and Morris, K. (2008) Friction and the In-verted Pendulum Stabilization Problem. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, 130, Article ID: 054502. [Google Scholar] [CrossRef] 
[40] Ohta, T. and Murakami, T. (2009) A Stabilization Control of Bilateral System with Time Delay by Vibration Index-Application to Inverted Pendulum Control. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 56, 1595-1603. [Google Scholar] [CrossRef] 
[41] Chen, L.X., Cai, G.P. and Pan, J. (2009) Experimental Study of Delayed Feed-back Control for a Flexible Plate. Journal of Sound and Vibration, 322, 629-651. [Google Scholar] [CrossRef] 
[42] Olgac, N., McFarland, D.M. and Holm-Hansen, B.T. (1992) Position Feed-back-Induced Resonance: The Delayed Resonator. ASME Winter Annual Meeting, 38, 113-119.
[43] Olgac, N. and Holm-Hansen, B.T. (1994) A Novel Active Vibration Absorption Technique: Delayed Resonator. Journal of Sound and Vibration, 176, 93-104. [Google Scholar] [CrossRef] 
[44] Renzulli, M.E., Roy, R.G. and Olgac, N. (1999) Robust Control of Delayed Resona-tor Vibration Absorber. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 7, 683-691. [Google Scholar] [CrossRef] 
[45] Jalili, N. and Olgac, N. (1999) Multiple Delayed Resonator Vibration Absorbers for Mul-ti-Degree-of-Freedom Mechanical Structures. Journal of Sound and Vibration, 223, 567-585. [Google Scholar] [CrossRef] 
[46] Olgac, N. and Huang, C. (2000) A New Method for Multiple Frequency Vibration Absorption. Proceedings of the American Control Conference, Chicago, 2097-2101. [Google Scholar] [CrossRef] 
[47] Hosek, M., Elmali, H. and Olgac, N. (1997) A Tunable Torsional Vibration Ab-sorber: The Centrifugal Delayed Resonator. Journal of Sound and Vibration, 205, 151-165. [Google Scholar] [CrossRef] 
[48] Filipovic, D. and Olgac, N. (1997) Delayed Resonator with Speed Feedback Includ-ing Dual Frequency-Theory and Experiments. Proceedings of the 36th Conference on Decision & Control, San Diego, 2535-2540. [Google Scholar] [CrossRef] 
[49] Olgac, N. and Jalili, N. (1998) Modal Analysis of Flexible Beams with Delayed Resonator Vibration Absorber: Theory and Experiments. Journal of Sound and Vibration, 218, 307-331. [Google Scholar] [CrossRef] 
[50] Cavdaroglu, M.E. and Olgac, N. (2008) Robust Control of Cart-Pendulum Dynamics against Uncertain Multiple Time Delays. Proceedings of the American Control Conference, Seattle, 11-13 June 2008, 2178-2183. [Google Scholar] [CrossRef] 
[51] Zhao, Y.Y. and Xu, J. (2007) Effects of Delayed Feedback Control on Nonlin-ear Vibration Absorber System. Journal of Sound and Vibration, 308, 212-230. [Google Scholar] [CrossRef] 
[52] 赵艳影, 徐鉴. 时滞非线性动力吸振器的减振机理[J]. 力学学报, 2008, 40(1): 98-106.
[53] 赵艳影, 徐鉴, 严志刚. 时滞对非线性饱和控制减振频带漂移的影响[J]. 力学学报, 2010, 42(4): 747-757.
[54] 赵艳影, 李昌爱. 时滞反馈控制扭转振动系统的振动[J]. 物理学报, 2011, 60(11): 114305.
[55] Zhao, Y.Y. and Xu, J. (2012) Using the Delayed Feedback Control and Saturation Control to Suppress the Vibration of the Dynamical System. Nonlinear Dynamics, 67, 735-753. [Google Scholar] [CrossRef] 

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