1、畢業設計題目：受電弓最優主動控制仿真研究 牛牛文庫文檔分享目 錄1、緒論2、弓網系統建模3、弓網系統最優主動控制研究4、控制策略的仿真研究5、展望6、致謝 牛牛文庫文檔分享 研究目的：受電弓進行建模分析，利用最優控制策略，對受電弓進行主動控制，從而降低弓網接觸力波動程度，減少弓網離線率，提高弓網受流質量。 1、緒論 牛牛文庫文檔分享 研究意義：本課題旨在不改變接觸懸掛本身設計結構的前提條件下，通過受電弓性能的優化，為改善弓網關系提供了一條有效途徑。良好的弓網關系是高速電氣化鐵路穩定、可靠運營的基本保障。受電弓與接觸網良好的接觸特性是弓網關系中接觸懸掛向列車傳遞可靠電能的先決條件。 牛牛文庫文檔

2、分享 受電弓和接觸網視為一個通過彈簧元件耦合在一起的整體來考慮。 接觸網 時變剛度模型簡化為受電弓 幾個具有集中 質量的結構模型動能等效原理2、弓網系統建模 牛牛文庫文檔分享 本研究選用的接觸網類型為簡單鏈形懸掛接觸網。 由于引起弓網振動的主要因素是接觸網剛度在跨距內變化，且與接觸網類型、列車運行速度、接觸線剛度及密度都有關系。接觸網的時變剛度公式為： 2、弓網系統建模 為機車速度， 為接觸網跨距內的距離， 為跨距內的平均剛度， 為接觸網剛度差異系數，與接觸網類型有關。且： 牛牛文庫文檔分享m3m1m2K(t)K1C1C2z4z1z2弓網系統等效模型z3F0m4m1m2m3K(t)K1K2K3

3、C1C2C3z4z1z2z3zr弓頭框架上框架下框架 牛牛文庫文檔分享弓網系統動力學方程（二元質量塊模型）： u為控制力，在被動模型中其值為0，該模型中只有靜抬升力的輸入。即：將上述微分方程轉化為狀態空間方程 牛牛文庫文檔分享三元質量塊模型：在被動模型中，控制力u為0，該模型中只有靜抬升力的輸入。即：將上述微分方程轉化為狀態空間方程： 牛牛文庫文檔分享狀態空間方程為一個齊次微分方程組，利用MATLAB中ode45函數可以對方程組進行編程得出該方程組的解，繼而可以得到被動控制下的接觸力的波形如下：二元質量塊模型被動控制下弓網接觸壓力波形（只含擾動項，不含噪聲項）二元質量塊模型被動控制下弓網接觸壓

4、力波形（既含擾動項，也含噪聲項） 牛牛文庫文檔分享三元質量塊模型被動控制下弓網接觸壓力波形（只含擾動項，不含噪聲項）三元質量塊模型被動控制下弓網接觸壓力波形（既含擾動項，也含噪聲項） 牛牛文庫文檔分享說明：論文中所采用的噪聲項由“normrnd（0,1,1）”語句產生的高斯噪聲，每次仿真過程中均會產生一個隨機數，二元質量塊模型和三元質量快模型的噪聲項均相同。仿真時取列車的運行速度為200km/h，跨距為65m。二元質量塊模型中的擾動項三元質量塊模型中的擾動項 牛牛文庫文檔分享3、弓網系統最優主動控制研究控制的目標:使系統誤差和控制能量最小化 本論文的最優控制是線性二次型最優調節器設計（LQR)

5、問題。對于此類控制就是要確定一個狀態反饋變量：要使性能指標最小 牛牛文庫文檔分享通過構造函數得到求解K,首先構造一Hamilton函數：對Hamilton函數求導，并使導數為0：從上式可解得最優控制力 且：為對稱矩陣，該矩陣滿足下面著名的Riccati微分方程 ： 牛牛文庫文檔分享 根據控制的要求，把弓頭位移變化放在首位，將控制能量的關注度處于次要位置，由此確定 Q與 R的值。利用MATLAB，求解反饋支路中的增益矩陣：二元質量塊模型三元質量塊模型 牛牛文庫文檔分享二元質量塊模型受電弓主動控制與被動控制的仿真結果比較（只含擾動項，不含噪聲項）二元質量塊模型受電弓主動控制與被動控制的仿真結果比較

6、（只含擾動項，含噪聲項） 牛牛文庫文檔分享評價指標被動系統主動系統改善情況平均值99.9457100.5113基本相等最大值169.3367150.2981降低19.0386最小值40.022348.2954提高8.2731波動范圍129.3114102.0027降低27.3087均方根值32.710820.4541降低12.2567結論：二元質量塊模型在最優主動控制下能降低弓網接觸 壓力的波動程度，提高弓網系統的受流質量。受電弓主動控制與被動控制下弓網接觸壓力數據 牛牛文庫文檔分享三元質量塊模型受電弓主動控制與被動控制的仿真結果比較（只含擾動項，不含噪聲項）三元質量塊模型受電弓主動控制與被動

7、控制的仿真結果比較（只含擾動項，含噪聲項） 牛牛文庫文檔分享評價指標被動系統主動系統改善情況平均值100.8114100.0352基本相等最大值167.3098146.8396降低20.4702最小值42.942853.8987提高10.9559波動范圍124.36792.9409降低31.4261均方根值30.423917.7823降低12.6416受電弓主動控制與被動控制下弓網接觸壓力數據結論：三元質量塊模型在最優主動控制下能降低弓網接觸 壓力的波動程度，提高弓網系統的受流質量。 牛牛文庫文檔分享DSA250型受電弓二元質量塊和三元質量塊主動控制仿真數據比較（含擾動項、噪聲項）：評價指標二

8、元質量塊三元質量塊平均值100.5113100.0352最大值158.2981146.8396最小值48.295453.8987波動范圍110.002792.9409均方根值20.454117.7823評價指標二元質量塊三元質量塊平均值99.9457100.8114最大值169.3367167.3098最小值40.022342.9428波動范圍129.3114124.367均方根值32.710830.4239DSA250型受電弓二元質量塊和三元質量塊主動控制仿真數據比較（含擾動項、噪聲項）：結論：在同樣的外部環境、同樣的受電弓類型及同樣的控制條件下，受電弓三元質量塊模型的仿真結果略優于受電弓二元質量塊模型，但效果相差不明顯。 牛牛文庫文檔分享5、展 望（1）可以建立受電弓四元質量塊模型進行試驗，繼而再與二元質量塊模型與三元質量塊模型的仿真結果進行比較。（2）在主動控制方面，可以嘗試建立基于LMI線性矩陣不等式的最優主動控制策略，同時還可以建立模糊主動控制策略、PID主動控制策略等經典的控制方式，并