[发明专利]车辆制动作用下磁敏桥墩支座隔振系统的仿人自适应控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁隔振技术领域，尤其涉及一种列车刹车制动作用下磁敏桥墩支座隔振系统的仿人自适应控制方法及平台。

背景技术

铁路桥梁是交通生命线的重要组成部分，高速行驶的列车在铁路桥上会由于加速、减速或者紧急制动产生巨大的力，容易在垂向、横向、顺桥向墩-梁上产生较大的位移危及支座系统结构安全。传统的被动桥墩支座在一定程度可以起到很好隔振的效果，但是其刚度阻尼不可调，目前虽有阻尼可调器件和被动支座结合方式进行抗振防护，但仅调节阻尼是不够的，还需要在刹车初期通过快速调节刚度来改变结构固有频率、提高结构强度来提升抗振能力，然而现有桥墩支座系统在大冲击载荷下的缓冲和隔减振兼容能力有限。

磁敏橡胶由于材料的剪切模量和阻尼损耗因子在外加磁场下具有优良的力学可调性能，已用于缓冲隔振支座设计领域。磁敏桥墩支座具有刚度阻尼可调可控的特点，能够根据实际情况实时调整隔振状态，有效地隔离低频振动，因而能够应用于桥梁隔振系统。由于列车制动会产生巨大的墩顶剪切力、梁体位移，车桥系统多状态耦合振动情况十分复杂，给墩-梁及支座带来严重的结构安全隐患。目前，仿人智能控制策略在协调解决多状态耦合振动控制领域内取得了很多研究成果，而遗传算法有随机搜索能力及可扩展性强，能很好地对单个状态控制目标进行寻优。因而，由仿人智能控制器与遗传算法相结合来研究列车制动下引起的车、桥(支座)耦合振动控制问题具有一定的价值。

发明内容

有鉴于此，本文发明提供了一种车辆制动作用下磁敏桥墩支座隔振系统的智能控制方法及平台，可以有效提高隔振能力。

本发明提供了一种车辆制动作用下磁敏桥墩支座隔振系统的仿人自适应控制方法，所述桥墩支座隔振系统包括：桥面、磁敏桥墩支座、桥墩及地基，所述 磁敏桥墩支座设置于所述桥墩之上用于支撑所述桥面，所述磁敏桥墩支座为一个可同时变刚度和变阻尼的磁敏弹性体，其中，所述方法包括：

(1)采集隔振系统三个方向的振动状态，包括顺桥向、横桥向及垂桥向的位移、速度、加速度及力的大小；

(2)根据采集到的信息确定列车位置，并根据三个方向的振动幅度结合列车位置确定隔振系统的振动状态；

(3)根据步骤(2)判断各个磁敏桥墩支座位置处的振动状态，不同的振动状态对应着不同的控制输出，形成仿人自适应控制方法。根据所述步骤(1)提取出桥梁-支座系统各个位置的位移、速度、加速度及力的信号并转化为仿人自适应控制中的感知特征模型，并实时调整控制器参数，根据振动状态划分得到控制中的输出控制模型以及关联模型，其中输出控制模型包含了保持控制、比例控制、遗传算法控制及比例积分控制算法对磁敏桥墩支座控制力进行求解。

(4)根据磁敏桥墩支座的输入输出特性，计算步骤(3)求解得到磁敏桥墩支座控制力值对应的电流值，并根据计算出来的电流值调节所述磁敏桥墩支座的驱动电流。

进一步，所述振动状态根据仿人自适应控制方法划分为八种。具体包括：平衡状态A、顺桥向振动L、横桥向振动H、垂桥向振动V、顺横桥耦合振动LH、顺垂桥向耦合振动LV、横垂桥向耦合振动HV、顺横垂桥向耦合振动LHV。这八种振动状态类似，分别代表桥梁隔振系统三个方向上的振动烈度。通过仿人自适应算法控制磁敏桥墩支座电流使顺、横、竖桥向振动状态迅速恢复到平衡状态。

1.进一步，所述顺横垂桥向耦合振动LHV的感知特征模型为：多个特征基元进行“与”运算形成特征模态，且多个特征模态通过协调与冲突调解组合为感知特征模型。

采集系统中传感器感知到的输入信号纵向位移、纵向速度、纵向位移峰值以及墩顶剪力等，通过特征提取形成特征基元u_x、u_y、u_z、v_x、v_y、v_z、a_x、a_y、a_z、F_x、F_y、F_z。上述特征基元分别为顺桥向、横桥向及垂桥向位移、速度、加速度及力的大小；