横风作用下基于PSO寻优的高速列车PID主动悬挂控制器设计

作     者：程凯 祁文哲 李德仓 

作者机构：兰州交通大学机电技术研究所 兰州交通大学机电工程学院 甘肃省物流与运输装备行业技术中心 甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心 

出 版 物：《铁道标准设计》 (Railway Standard Design)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(72061021) 

主　　题：高速列车 横风作用 风-车模型 主动悬挂 PSO寻优 PID控制 多体动力学 

摘      要：针对横风作用下高速列车车体横向和侧滚角振动加速度过大的问题，提出一种基于粒子群算法(PSO)寻优的高速列车PID主动悬挂控制器，以提升高速列车运行平稳性。首先，基于AR模型，利用平均风指数律和Kaimal脉动风速谱，结合风场空间相关性，模拟得到列车随机风模型；其次，运用多体动力学仿真软件SIMPACK建立50自由度列车多体动力学模型，考虑风荷载和轨道不平顺的影响，创建了较为完善的风-车系统模型；最后，以PID控制理论为基础，针对PID控制方法繁琐且主观性强的缺陷，设计了基于PSO算法寻优的PID主动悬挂控制器。该控制器以列车横向振动量为控制器输入变量，横向控制力为传感器输出变量。通过PSO算法对PID控制参数迭代优化，使主动悬挂处于最优状态。为验证控制器的优越性，将控制器与风-车系统模型进行联合仿真分析。结果表明，车体横向和侧滚角加速度振动能量集中在0～10Hz，与被动悬挂相比，基于PSO寻优的PID主动悬挂可使车体横向和侧滚角加速度最大值分别降低36.20%和9.82%，车体横向和侧滚角加速度均方根值分别降低40.40%和7.57%，横向平稳性指数减小12.07%。