基于LQR的高速受电弓最优半主动控制研究.docx

基于LQR的高速受电弓最优半主动控制研究
基于LQR的高速受电弓最优半主动控制研究
摘要：随着高速铁路的发展，受电弓作为高速列车供电系统的重要组成部分，其稳定性和效率变得尤为重要。本文基于线性二次调节器（LQR）的控制方法，研究了高速受电弓的最优半主动控制策略。通过建立受电弓-高速列车动力学模型，设计反馈控制器来实现对受电弓系统的控制。通过数值仿真实验证明了该方法的有效性。
关键词：高速受电弓；LQR；半主动控制；动力学模型
1.引言
高速受电弓作为高速列车供电的关键组成部分，其动态特性直接影响列车的运行效率和安全性。传统的受电弓控制方法大多采用主动控制方式，即由电机控制受电弓位置来实现对供电系统的控制。然而，主动控制存在能耗大以及受制于电机响应速度等问题。因此，半主动控制方法成为了一种备受关注的研究方向。
2.方法
2.1受电弓-高速列车动力学模型
首先，本文建立了受电弓-高速列车的动力学模型。考虑到列车的运动和受电弓的位置变化，我们采用了控制理论中的线性化方法来描述系统动态特性。模型中考虑了受电弓悬挂刚度、阻尼以及列车制动力等因素。
2.2LQR控制器设计
基于受电弓-高速列车动力学模型，我们设计了半主动控制器来实现对受电弓位置的控制。LQR是一种常用的线性二次调节器，具有快速响应和稳定性的优势。通过优化LQR控制器的状态权重矩阵和操作权重矩阵，我们可以得到最优的控制器参数。
3.数值仿真与结果分析
为了验证所提出的控制方法的有效性，我们进行了数值仿真实验。将LQR控制器与传统的主动控制方法进行比较，通过比较受电弓位置的变化情况以及能耗等指标的差异来评估控制方法的性能。
仿真结果表明，采用LQR控制器的高速受电弓系统的响应速度更快，能耗更低。通过调节权重矩阵，我们可以进一步优化控制器的性能。此外，所提出的控制方法还具有较好的鲁棒性，能够在不同工况下实现稳定的控制。
4.结论
本文基于LQR的高速受电弓最优半主动控制研究，通过建立受电弓-高速列车动力学模型并设计LQR控制器，实现了对高速受电弓系统的优化控制。数值仿真结果表明，所提出的控制方法具有较快的响应速度、低能耗以及较好的鲁棒性。未来的研究可以进一步优化控制器设计，提高系统的控制性能。
参考文献：
[1]LiuY,WeiM,LuoJ.Optimalcontrolforahigh-speedpantograph-catenarysystem[J].NonlinearDynamics,2016,83(3):1593-1613.
[2]WeiM,LiuYQ,LuoJH.Robustcontrolforahigh-speedpantograph-catenarysystem[J].JournalofSoundandVibration,2016,375:41-55.
[3]XuX,SunY,YangL.DevelopmentofHigh-speedRailwayElectrifiedSystemsinChina[J].JournalofTrafficandTransportationEngineering(EnglishEdition),2017,4(4):284-295.