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高速列车动态行为主动控制系统

阅读：2发布：2022-09-30

专利汇可以提供高速列车动态行为主动控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及振动控制领域，具体而言，涉及一种高速列车动态行为主动控制系统，其包括传感器、控制器和控制装置；传感器安装于被控列车上，控制装置包括底座、驱动电机、编码器、变速器和质量圆盘，底座固定于被控列车上，驱动电机固定于底座上，编码器同轴固定于驱动电机的底部，驱动电机顶部设置有变速器，驱动电机转轴与质量圆盘固定连接；控制器与驱动电机、传感器和编码器电连接。本发明运用主动控制技术，充分发挥了系统的输出力矩作用，使得输出力矩可以直接作用在列车车体上，并可以根据实际需要通过调整系统控制算法实现不同的控制效果，进而实现对列车车厢的振动控制。，下面是高速列车动态行为主动控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高速列车动态行为主动控制系统，其特征在于，包括传感器、控制器和控制装置；
传感器安装于被控列车上，控制装置包括底座(1)、驱动电机(2)、编码器(10)、变速器(9)和质量圆盘(3)，底座(1)固定于被控列车上，驱动电机(2)固定于底座(1)上，编码器(10)同轴固定于驱动电机(2)的底部，驱动电机(2)顶部设置有变速器(9)，驱动电机转轴(11)与质量圆盘(3)固定连接；控制器与驱动电机(2)、传感器和编码器(10)电连接。
2.根据权利要求1所述的高速列车动态行为主动控制系统，其特征在于，驱动电机(2)通过卡板组件固定在底座(1)上，卡板组件包括左卡板(4)和右卡板(5)，左卡板(4)和右卡板(5)均为U型，右卡板(5)固定于底座(1)上，左卡板(4)的两端与右卡板(5)的两端通过螺栓连接，驱动电机(2)卡紧在左卡板(4)和右卡板(5)的U型侧面之间。
3.根据权利要求2所述的高速列车动态行为主动控制系统，其特征在于，右卡板(5)的两端分别设置有长条孔(6)。
4.根据权利要求2所述的高速列车动态行为主动控制系统，其特征在于，右卡板(5)的中间位置还设置有紧固螺栓(7)。
5.根据权利要求1所述的高速列车动态行为主动控制系统，其特征在于，质量圆盘(3)中心设置有轴套(8)，驱动电机转轴(11)与轴套(8)通过螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的高速列车动态行为主动控制系统，其特征在于，驱动电机(2)为步进电机或伺服电机。
7.根据权利要求1所述的高速列车动态行为主动控制系统，其特征在于，变速器(9)为减速器。
8.根据权利要求1所述的高速列车动态行为主动控制系统，其特征在于，编码器(10)采用光电编码器(10)。

说明书全文

高速列车动态行为主动控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及振动控制领域，具体而言，涉及一种高速列车动态行为主动控制系统。

背景技术

[0002] 随着高速铁路覆盖的区域越来越广，车辆的行驶速度越来越快，车辆各部件及轮轨间动态作用力加剧，由此引起的动力学问题更加显著，因此开展对车辆动力学的研究显得尤为重要。

[0003] 列车在高速运转的情况下，受到以下因素的影响：①轨道上的裂缝和杂物以及铁轨地基不均匀沉降的影响；②底部滚轮长期磨损的影响；③列车进入隧道受侧向风压的影响；④列车在转弯处受两端铁轨的高度分布不均匀的影响。基于以上因素的影响，引起的轨道不平顺的激励，使运行在轨道上的车辆产生强迫随机振动，进而引起列车车厢的随机振动，影响列车的安全性以及旅客的舒适性，严重时会使列车失稳发生侧翻和脱轨，造成巨大的人员伤亡和经济损失。

[0004] 为了解决由列车车厢振动引起的各种问题，消除或减轻由外部激励引起的随机振动，结构振动控制技术近年来得到了迅速的发展。

[0005] 但是现有的振动控制系统存在着不足，主要表现在以下几个方面：

[0006] 第一，现有的悬挂系统仅考虑竖向和横向两个力的方向，其作用力方向也仅限于两个直线方向。但在现实情况下，列车的动态响应会产生类似于侧滚、摇头、点头的转动形式运动，仅依靠悬挂系统提供的直线力作用，无法形成最有效的控制力作用，这使得现有的悬挂系统的控制作用无法得到充分的发挥，导致列车的不利动态响应也无法得到充分的抑制。

[0007] 第二，大量试验和研究表明，悬挂系统的两个直线力作用下的控制力特性呈现出了较强的非线性，对于不同的激励频率所实现的对列车的控制效果不同，甚至在某种激励频率下，悬挂系统非但没有达到控制效果反而会放大体系的响应，无法产生预期的控制力矩作用，无法施加直接有效的控制作用。

[0008] 以上不足，导致现有的列车振动控制装置不能很好地解决车厢随机振动等问题，现有的振动控制装置无法满足列车在高速行驶过程中遇复杂环境产生的振动控制需求。

发明内容

[0009] 本发明的主要目的在于针对现有技术中存在的上述问题,提供一种高速列车动态行为主动控制系统。

[0010] 为了实现上述目的，本发明的高速列车动态行为主动控制系统，包括传感器、控制器和控制装置；

[0011] 传感器安装于被控列车上，控制装置包括底座、驱动电机、编码器、变速器和质量圆盘，底座固定于被控列车上，驱动电机固定于底座上，编码器同轴固定于驱动电机的底部，驱动电机顶部设置有变速器，驱动电机转轴与质量圆盘固定连接；控制器与驱动电机、传感器和编码器电连接。

[0012] 优选地，驱动电机通过卡板组件固定在底座上，卡板组件包括左卡板和右卡板，左卡板和右卡板均为U型，右卡板固定于底座上，左卡板的两端与右卡板的两端通过螺栓连接，驱动电机卡紧在左卡板和右卡板的U型侧面之间。

[0013] 优选地，右卡板的两端分别设置有长条孔。

[0014] 优选地，右卡板的中间还设置有紧固螺栓。

[0015] 优选地，质量圆盘中心设置有轴套，驱动电机转轴与轴套通过螺栓连接。

[0016] 优选地，驱动电机为步进电机或伺服电机。

[0017] 优选地，变速器为减速器。

[0018] 优选地，编码器采用光电编码器。

[0019] 本发明具有以下有益效果：

[0020] (1)本发明运用主动控制技术，充分发挥了系统的输出力矩作用，使得输出力矩可以直接作用在列车车体上，充分发挥转动控制作用，最大程度地保证了控制效果，并可以根据实际需要通过调整系统控制算法实现不同的控制效果，进而实现对列车车厢的振动控制；

[0021] (2)本发明采用驱动电机实现控制力输出，无需进行复杂的调频设计过程，避免了由于调频技术限制而无法实现控制的问题，适用范围更为广泛。附图说明

[0022] 图1是本发明结构示意图；

[0023] 图2是卡板组件结构示意图；

[0024] 图3是右卡板结构示意图；

[0025] 图4是质量圆盘结构示意图；

[0026] 图5是驱动电机结构示意图；

[0027] 其中，上述附图包括以下附图标记：1、底座；2、驱动电机；3、质量圆盘；4、左卡板；5、右卡板；6、长条孔；7、紧固螺栓；8、轴套；9、变速器；10、编码器；11、驱动电机转轴。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0029] 本发明的高速列车动态行为主动控制系统包括安装于被控列车上的传感器、控制器和控制装置；

[0030] 如图1所示，控制装置包括底座1、驱动电机2和质量圆盘3，底座固定于被控列车上，驱动电机通过卡板组件固定在底座上；如图2所示，卡板组件包括左卡板4和右卡板5，左卡板和右卡板均为U型，右卡板固定于底座上，左卡板的两端与右卡板的两端通过螺栓连接，驱动电机卡紧在左卡板和右卡板的U型侧面之间。

[0031] 如图3所示，为了使卡板组件适应不同尺寸的电机，提高该控制系统的利用率，在右卡板的两端还分别设置有长条孔6，通过调整左卡板上螺栓孔与长条孔之间的相对位置，可以使左卡板和右卡板夹紧不同尺寸的驱动电机。为了使驱动电机固定地更牢固，在右卡板的中间位置还设置有紧固螺栓7，通过紧固螺栓进一步固定驱动电机，以避免高速旋转的情况下电机脱出的风险。

[0032] 如图4所示，质量圆盘中心位置固定有轴套8，如图5所示，驱动电机顶部设置有变速器9，底部设置有与驱动电机同轴的编码器10，驱动电机转轴11与轴套通过螺栓连接。

[0033] 驱动电机采用步进电机或伺服电机，变速器为减速器，编码器采用光电编码器。

[0034] 控制器与驱动电机、传感器和编码器电连接，控制器接收安装在驱动电机末端的编码器以及安装在被控车厢上的传感器的信号，并传递控制信号给驱动电机，进而对质量圆盘的回转状态进行实时控制。

[0035] 本发明作用过程如下：

[0036] 在控制过程中，传感器采集被控车厢的运动状态，并将数据传送给控制器，控制器控制驱动电机动作，驱动电机根据实时测量的车厢运动状态来控制质量圆盘发生回转转动，质量圆盘转动产生的作用力进而作用于底座上，从而传递给被控车厢，控制被控车厢扭转；驱动电机末端同轴安装的编码器，实时采集驱动电机运转情况并反馈给控制器，实现控制器与被控车厢以及驱动电机的闭环控制。

[0037] 通过根据实时采集的被控车厢的扭转幅度以及频率，实时更改由驱动电机控制的质量圆盘的转动，从而调节作用在被控车厢上的控制力矩，调节驱动能源输出大小来控制车厢的振动，最终达到控制列车车厢振动的目的。

[0038] 本发明的主动控制系统不仅可以应用于高铁列车，还可以应用于地铁、轻轨、火车、汽车和轮船等交通工具。

[0039] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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