基于觀測器的軌道橫向不平順檢測方法技術

本發明專利技術公開了屬于軌道動態檢測技術領域的一種基于觀測器的軌道橫向不平順檢測方法。首先在轉向架中心位置安裝橫向加速度傳感器、搖頭角測量儀或陀螺儀，分別用來測量列車運行過程中轉向架橫向加速度以及搖頭角速度；同時在車體底板中心位置安裝橫向加速度傳感器以獲得車體橫向加速度；然后對傳感裝置采集到的模擬信號進行隔離處理、模數轉換和數字濾波等相關預處理，并以此數據對列車橫向懸掛系統進行動力學建模，構建軌道橫向不平順估計系統，檢測軌道橫向不平順。本發明專利技術屬于在途檢測方法，檢測實時性更強；檢測單元結構簡單，不易受外界因素干擾，裝置可靠性高，所需費用低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于軌道動態檢測
，尤其涉及一種。
技術介紹
軌道不平順對鐵路機車車輛系統是一種外部激擾，是產生機車車輛系統震動的主要根源。其不僅影響列車的平穩運行，而且該變形積累到一定限度時，將大大削弱線路的強度和結構穩定性，并對鐵路安全運輸有嚴重的影響。因此，及時對軌道平順性檢測對于保證行車安全、合理安排線路的養護和維修具有重大意義。目前，國內外軌道交通線路檢測主要通過人工檢測和軌檢車來完成。人工檢測是通過弦線、軌道檢查儀等對軌道幾何形位進行的檢測，故其存在工作強度大，效率低等缺點；軌檢車大多使用一些光學元件、位移傳感器、伺服系統等組成軌道幾何形位檢測系統，自動化程度相對較高，但由于其系統的復雜性，使得其易受外界環境干擾，且易失效，從而使得其維修量大(需要定期做維修與元件的校準)，故其存在造價高，檢測周期長，實時性差等缺點。因此在軌道交通高速發展的現狀下，人工檢測和軌道檢測車按固定的周期檢測線路的措施都不能夠較為實時地發現一些嚴重的軌道不平順，已遠遠無法滿足未來對軌道安全狀態實時檢測的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述缺陷提出一種，其特征在于，步驟如下I、傳感裝置的布設在轉向架中心位置安裝橫向加速度傳感器、搖頭角測量儀或陀螺儀，分別用來測量列車運行過程中轉向架橫向加速度以及搖頭角速度；同時在車體底板中心位置安裝橫向加速度傳感器以獲得車體橫向加速度；2、信號采集的預處理信號采集單元實體即信號調理板，主要是對傳感裝置采集到的模擬信號進行隔離處理、模數轉換和數字濾波的相關預處理工作；3、列車橫向懸掛系統動力學建模采用列車橫向懸掛系統，得到列車橫向動力學方程如下權利要求1.一種，其特征在于，步驟如下 .1)傳感裝置的布設 在轉向架中心位置安裝橫向加速度傳感器、搖頭角測量儀或陀螺儀，分別用來測量列車運行過程中轉向架橫向加速度以及搖頭角速度；同時在車體底板中心位置安裝橫向加速度傳感器以獲得車體橫向加速度； .2)信號采集的預處理 信號采集單元實體即信號調理板，主要是對傳感裝置采集到的模擬信號進行隔離處理、模數轉換和數字濾波的相關預處理工作； .3)列車橫向懸掛系統動力學建模 采用列車橫向懸掛系統，得到列車橫向動力學方程如下2.根據權利要求I所述，其特征在于，所述相關預處理工作為電流信號到電壓信號的轉換，抗混疊濾波、電壓轉換，模擬信號的A/D轉換等，為魯棒觀測器及濾波器提供輸入數據。全文摘要本專利技術公開了屬于軌道動態檢測
的一種。首先在轉向架中心位置安裝橫向加速度傳感器、搖頭角測量儀或陀螺儀，分別用來測量列車運行過程中轉向架橫向加速度以及搖頭角速度；同時在車體底板中心位置安裝橫向加速度傳感器以獲得車體橫向加速度；然后對傳感裝置采集到的模擬信號進行隔離處理、模數轉換和數字濾波等相關預處理，并以此數據對列車橫向懸掛系統進行動力學建模，構建軌道橫向不平順估計系統，檢測軌道橫向不平順。本專利技術屬于在途檢測方法，檢測實時性更強；檢測單元結構簡單，不易受外界因素干擾，裝置可靠性高，所需費用低。文檔編號E01B35/02GK102797202SQ20121031392公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日專利技術者魏秀琨, 汪煜婷, 賈利民, 郭淑萍, 柳海, 林帥, 郭昆 申請人:北京交通大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于觀測器的軌道橫向不平順檢測方法，其特征在于，步驟如下：1）傳感裝置的布設在轉向架中心位置安裝橫向加速度傳感器、搖頭角測量儀或陀螺儀，分別用來測量列車運行過程中轉向架橫向加速度以及搖頭角速度；同時在車體底板中心位置安裝橫向加速度傳感器以獲得車體橫向加速度；2）信號采集的預處理信號采集單元實體即信號調理板，主要是對傳感裝置采集到的模擬信號進行隔離處理、模數轉換和數字濾波的相關預處理工作；3）列車橫向懸掛系統動力學建模采用列車橫向懸掛系統，得到列車橫向動力學方程如下：其中，？？？分別代表列轉向架前后兩個輪對的橫向加速度、搖頭角加速度，？分別代表轉向架橫向加速度、搖頭角加速度以及車體橫向加速度；上述各等式右邊各項系數均為列車結構與性能屬性值，其代表含義如？表1所示的列車結構與性能屬性值公式1？7右邊各項系數的含義；其他均為中間狀態變量及輸出值，為未知量。表1列車結構與性能屬性值公式1？7右邊各項系數的含義符號含義單位符號含義單位mw輪對質量kgCyrb右側二系懸掛橫向阻尼kN/mIw輪對搖頭轉動慣量Kgm2Cψrb左側二系懸掛搖頭角阻尼kN/mmb轉向架質量kgCψrb右側二系懸掛搖頭角阻尼kN/mIb轉向架搖頭轉動慣量Kgm2f11縱向蠕滑系數MNmbd車體質量kgf22橫向蠕滑系數MNxy一系懸掛橫向剛度kN/ma0輪對間距之半mKψ一系懸掛搖頭角剛度kN/radI0軌距之半mKylb左側二系懸掛橫向剛度kN/mλ等效踏面錐度？Kyrb右側二系懸掛橫向剛度kN/mν車輛運行速度m/sCylb左側二系懸掛橫向阻尼kN/mr0輪對半徑m按照公式（1）？（7）建立車體懸掛系統垂向、橫向微分方程模型，進而導出車輛懸掛系統的空間狀態方程，其形式為：其中x為狀態變量，d為模型不確定度，yw為輪對橫向位移實際值，y為各傳感裝置檢測輸出值：包括轉向架橫向加速度、轉向架搖頭角速度和車體橫向加速度。4）軌道橫向不平順估計系統的構建由步驟3中所列動力學方程構建軌道橫向不平順估計系統，其中列車橫向懸掛系統為已知，魯棒觀測器及濾波器為未知。模型不確定度d通過列車橫向懸掛系統被所布設的各傳感裝置檢測得到輸出量y；將y輸入觀測器O，從而可得到輪對橫向位移實際值yw及其殘差r；再將r？輸入濾波器F，得到輪對橫向位移估計值？；對輪對橫向位移實際值yw與估計值？進行比較得到差值w，當差值？接近0時，估計效果達到最佳；此時獲得的輪對橫向位移實際值yw乘以一個增益量就可得到實際軌道橫向不平順值，即在合適的頻域范圍內，輪對橫向位移與實際軌道橫向不平順值成線性關系；5）觀測器O的設計魯棒觀測器數學模型可表示為：魯棒觀測器設計即使設計的觀測器殘差輸出r對系統中的輪對橫向位移實際值yw敏感而對模型不確定度d具有魯棒性，使得系統能夠檢測出較小的yw變化，其中L為觀測器增益矩陣，y為系統實際輸出，？為觀測器估計輸出，？為觀測器估計狀態，r為觀測器輸出的殘差信號。魯棒觀測器設計流程如下：步驟一，由空間狀態方程獲得系統從d到殘差輸出r的傳遞函數與從yw到殘差輸出r的傳遞函數，分別為：步驟二，依據H∞/H？指標求解魯棒觀測器增益L。魯棒觀測器的設計需要使觀測器對d具有魯棒性而對yw具有敏感性，同時觀測器必須是穩定的，因而在觀測器增益L的求解過程中需要滿足這樣三個條件：魯棒性條件敏感性條件穩定性條件A？LC極點小于零上述條件可轉化為線性矩陣不等式優化問題？并求解得到最佳觀測器增益L，由此魯棒觀測器設計完成。6）濾波器F的設計濾波器F的數學模型可表示為：其中，xc為輪對橫向位移估計濾波器F的狀態量，？為濾波器的輸出，Ac、Bc、Cc、Dc為輪對橫向位移估計濾波器的參數矩陣。濾波器F即使設計的濾波器F輸出？對系統中的輪對橫向位移實際值yw及模型不確定度d都具有魯棒性，即同樣需要如下不等式優化條件：根據H∞/H？引理，上述優化條件可轉化為存在矩陣X，Y，Z，M，G，H，L，？，？，且滿足？使得以下不等式成立：其中Δ11,d、Δ12,d、？為由矩陣X、Y、Z、M、G、H、L、Pd、Qd、？、？、Pc、？構成的矩陣。通過上述三個線性矩陣不等式，矩陣X、Y、Z、M、G、H、L能夠被求解獲得，？則可對輪對橫向位移估計濾波器進行重構，并建立以下關系等式：其中，矩陣U和V為未知量，可由對（Z？YX）進行QR或SVD分解獲得。由此，動態觀測濾波器可以被重構獲得，其相關系數為：。FDA0000207274451.jpg,FDA0000207274452.jpg,FDA0000207274453.jpg,FD...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏秀琨，汪煜婷，賈利民，郭淑萍，柳海，林帥，郭昆，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：