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基于磁流变阻尼器的高速受电弓模糊半主动控制
摘要
高速铁路是当今世界推行的先进交通方式，而受电弓的运动稳定性是保障高速铁路安全的重要因素。本文提出了一种基于磁流变阻尼器的模糊半主动控制方案来实现高速受电弓的稳定性控制。通过对目前受电弓控制技术的研究，介绍了磁流变阻尼器的原理、特点及其应用于高速受电弓控制系统的优势。然后，详细阐述了模糊半主动控制方法的原理、结构和具体实现方式。最后，通过仿真实验验证了该方法控制高速受电弓运动的有效性和可行性。
关键词：磁流变阻尼器；高速受电弓；模糊控制；半主动控制；稳定性控制
Abstract
High-speedrailwayisanadvancedtransportationmodeintheworldtoday,andthestabilityofthepantographmovementisanimportantfactortoensurethesafetyofthehigh-speedrailway.Inthispaper,afuzzysemi-activecontrolschemebasedonmagneto-rheologicaldamperwasproposedtoachievethestabilitycontrolofhigh-speedpantograph.Throughtheresearchofthecurrentcontroltechnologyofthepantograph,theprinciple,characteristicsandtheadvantagesofmagneto-rheologicaldamperappliedinthehigh-speedpantographcontrolsystemwereintroduced.Then,theprinciple,structureandspecificimplementationoffuzzysemi-activecontrolmethodwereelaborated.Finally,theeffectivenessandfeasibilityofthemethodincontrollingthepantographmovementwereverifiedthroughsimulationexperiments.
KeyWords:magneto-rheologicaldamper;high-speedpantograph;fuzzycontrol;semi-activecontrol;stabilitycontrol
一、绪论
随着全球经济的发展，高速铁路作为现代化交通方式，已经得到广泛的关注和推广。高速铁路的快速运行也为其带来了许多工程技术上的挑战，如高速列车的稳定性、减少能源消耗和保证行车安全等问题。而高速受电弓，则是高速铁路电力传输的一个重要组成部分。
受电弓的主要功能是将高速列车上的电动机传输的电能通过接触网传输到列车上，保证列车运行。受电弓的动态稳定性是影响高速列车行车安全的重要因素之一。由于高速列车速度较快，因此受电弓产生的空气动力效应和摩擦力效应较大，对受电弓的运动稳定性或单侧接触网造成的影响非常大，甚至会影响到高速列车行车安全。因此，高速受电弓的稳定性控制是保障高速列车安全行驶的重要技术。
本文提出了基于磁流变阻尼器的高速受电弓模糊半主动控制方案。本文首先介绍了受电弓控制技术的研究现状，然后详细介绍了磁流变阻尼器的原理、特点及其应用于高速受电弓控制系统的优势。接下来，本文详细阐述了模糊半主动控制方法的原理、结构和具体实现方式。最后，通过仿真实验，验证了该方法在高速受电弓稳定性控制中的有效性和可行性。
二、磁流变阻尼器的原理及应用
磁流变阻尼器是一种智能可控减振器，能够根据非线性磁流体内部的磁场强度而改变其阻尼特性。在工作时，将磁流变材料填充进装置中，当施加电磁场，磁流体内部会形成复杂的磁链，在磁链的作用下，磁流体的刚度和阻尼将控制在一定范围内。
磁流变阻尼器拥有自适应调控、超广阻尼范围、可实现输出力矩和输出位移的独特特点，逐渐被应用于航天、船舶、铁路、桥梁、建筑等工程领域。其中，应用于高速受电弓控制系统，在提高受电弓控制精度、降低噪音、提升耐磨性等方面具有显著的优势。
三、模糊半主动控制方法
3.1模糊控制的基本原理
模糊控制是一种模型无关的控制方法，具有广泛的使用场景和应用前景。基于模糊理论，采用一组简单的规则描述系统的控制逻辑，对系统进行控制。
模糊控制采用“模糊化—推理—去糊化”三个步骤对信息进行处理。模糊化是将输入的非精确信息转换成模糊集合，推理是将模糊信息映射到输出，而去糊化则是将模糊输出重新转换为精确输出。通过这样的处理方式，构建了模糊控制系统。
3.2半主动控制
半主动控制是指在控制器