ADAMSRail和MatlabSimulink1

1、第一部分 ADAMS/Rail和Matlab/Simulink聯(lián)合仿真1. 在ADAMS/Rail中建立整車(chē)的機(jī)械模型并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真A. 建立車(chē)體模板1.首先建立一個(gè)測(cè)量車(chē)體橫向加速度和垂向加速度的maker點(diǎn)。2.建立一個(gè)request，測(cè)量加速度。3.建立狀態(tài)變量（State Variable）。4.把狀態(tài)變量定義為output。B. 建立前轉(zhuǎn)向架模板1. 先建立一個(gè)狀態(tài)變量，使它的輸入=0。2. 建立一個(gè)作動(dòng)器左右function： 選用data element3. 定義狀態(tài)變量為輸入4. 保存C.動(dòng)力學(xué)仿真整車(chē)模型建好后，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真D. 在controls模塊中設(shè)置export參

2、數(shù)E. 再次進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真2. 在Matlab/Simulink中建立控制模塊，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真（1）完成動(dòng)力學(xué)仿真后MATLAB中的操作：a. 打開(kāi)MATLAB，在左側(cè)工作目錄（ADAMS/Rail的工作目錄要和Matlab/Simulink的工作目錄一致）下打開(kāi)acc.m文件，在ADAMS_init =' '的空白處寫(xiě)入file/command=acc_dyn.acf，保存。b. 在MATLAB的命令窗口中輸入acc，再輸入adams_sys，出現(xiàn)下圖：復(fù)制adams_sub模塊到新的空白simulink窗口，并在MATLAB/simulink中建立PID控制算法，保存，sim

3、ulation start仿真開(kāi)始。第二部分 被動(dòng)懸掛、主動(dòng)懸掛和半主動(dòng)懸掛的區(qū)別傳統(tǒng)的車(chē)輛懸掛采用被動(dòng)懸掛，被動(dòng)懸掛由彈性元件和阻尼元件組成，其剛度和阻尼是在設(shè)計(jì)過(guò)程中確定下來(lái)的，在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)。被動(dòng)懸掛具有一定的局限性。首先，由于被動(dòng)懸掛系統(tǒng)的參數(shù)不隨線路激擾變化，使其不能同時(shí)很好地滿足車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性、穩(wěn)定性和曲線通過(guò)性能對(duì)于懸掛參數(shù)的要求。其次，由于懸掛參數(shù)不能調(diào)節(jié)，就使得經(jīng)過(guò)最優(yōu)設(shè)計(jì)的懸掛只能對(duì)某一特定激擾條件產(chǎn)生最優(yōu)響應(yīng)，一旦激擾或車(chē)輛參數(shù)發(fā)生變化，減振性能就會(huì)惡化。主動(dòng)懸掛實(shí)際上是一個(gè)閉環(huán)控制的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)合理調(diào)節(jié)輸入到減振系統(tǒng)的能量來(lái)抵消來(lái)自外界的激擾，從而達(dá)

4、到減振的目的。主動(dòng)懸掛的控制器按照某種設(shè)計(jì)好的控制方案、根據(jù)車(chē)輛狀態(tài)和線路激擾狀態(tài)實(shí)時(shí)確定出應(yīng)該施加給車(chē)體的目標(biāo)懸掛力，再由作動(dòng)器直接施加給車(chē)體，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)體振動(dòng)的控制。半主動(dòng)懸掛采用阻尼特性可調(diào)的可控減振器為作動(dòng)器，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)可控減振器的阻尼特性，間接地獲得合理的懸掛力。1 傳感器 2. 可調(diào)減振器 3. 作動(dòng)器A. 被動(dòng)懸掛 B. 主動(dòng)懸掛 C. 半主動(dòng)懸掛被動(dòng)懸掛的懸掛參數(shù)在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中固定不變，不能根據(jù)線路不平順和外界因素的狀況適時(shí)進(jìn)行調(diào)整，自適應(yīng)性很差，只能在在一定條件下有效地衰減車(chē)體的振動(dòng)，已不能滿足高速列車(chē)的發(fā)展需要。從理論上說(shuō)，主動(dòng)懸掛能夠?qū)崟r(shí)地將某種指標(biāo)下最優(yōu)的懸掛力施加給

5、車(chē)體，其減振性能是“最優(yōu)”的。但是主動(dòng)懸掛的穩(wěn)定性和可靠性難以保證，控制作用的實(shí)現(xiàn)需要消耗大量的能源；此外，成本過(guò)高也是限制主動(dòng)懸掛應(yīng)用到高速列車(chē)上的重要因素。半主動(dòng)懸掛力的方向取決于懸掛兩端的相對(duì)速度，大小依賴于可控減振器的參數(shù)可調(diào)范圍，從理論上說(shuō)不能實(shí)時(shí)地產(chǎn)生“最優(yōu)”的懸掛力，減振效果不如主動(dòng)懸掛好。但與主動(dòng)懸掛相比，半主動(dòng)懸掛具有很多優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，能耗小，更重要的是在控制系統(tǒng)失效的情況下半主動(dòng)懸掛能夠自然轉(zhuǎn)換為被動(dòng)懸掛，確保列車(chē)的運(yùn)行安全。半主動(dòng)懸掛的減振效果要明顯好于被動(dòng)懸掛，能夠滿足高速列車(chē)的發(fā)展需求。第三部分 不同控制算法的比較近年來(lái)，現(xiàn)代控制理論的多種控制算法諸如：最優(yōu)

6、控制、自適應(yīng)控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等已被應(yīng)用于主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)中。其中，應(yīng)用最為廣泛的一種是最優(yōu)控制，然而，由于車(chē)輛的非線性、不確定性與構(gòu)造最優(yōu)控制器需要對(duì)系統(tǒng)準(zhǔn)確建模相矛盾，最優(yōu)控制器實(shí)際難以達(dá)到理想的要求。同樣，單純的自適應(yīng)控制或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制為達(dá)到目標(biāo)往往導(dǎo)致運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性差。模糊控制由于無(wú)需精確的數(shù)學(xué)模型，因此成為迅速發(fā)展的一種新型控制方法。但是模糊控制器參數(shù)一經(jīng)確定就不能改變，這樣，對(duì)于時(shí)變的、非線性懸掛系統(tǒng)，會(huì)造成模糊控制規(guī)則粗糙，控制效果也難以達(dá)到最優(yōu)。一些調(diào)整方法已用于提高模糊控制器的性能，例如基于遺傳算法的主動(dòng)懸掛模糊控制方法。然而這種優(yōu)化方法是離線進(jìn)行的。不能在線優(yōu)化模糊控制器

7、的各種參數(shù)。PID控制屬于直接數(shù)字控制一類(lèi)的控制方式，它利用相對(duì)于控制誤差(目標(biāo)值受控值)的比例(Proportional)、積分(Imegral)、微分(Derivative)等三種動(dòng)作來(lái)決定受控對(duì)象的操作量。這種控制方法是一種經(jīng)典的基本控制方式，它很早就廣泛地應(yīng)用于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬控制器中。原因在于它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)原理簡(jiǎn)單，操作方便；(2)適應(yīng)性強(qiáng)，可以應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域；(3)魯棒性強(qiáng)，即控制效果對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感。PID控制中比例的作用是使應(yīng)用系統(tǒng)的響應(yīng)快，能迅速反映誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，比例控制的加大，會(huì)引起系統(tǒng)振蕩加?。环e分控制的作用

8、是，能對(duì)誤差不斷的積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差，但積分作用太強(qiáng)會(huì)讓系統(tǒng)反應(yīng)變慢，或者增大超調(diào)使系統(tǒng)不穩(wěn)定；微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但它只在信號(hào)發(fā)生變化時(shí)才起作用，且它的加入使系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有敏感的影響。在連續(xù)時(shí)間的模擬控制器中所用的理想比例、積分、微分三種動(dòng)作的特性可以用下式表示：式中K為比例增益；為積分時(shí)間；為微分時(shí)間；為控制誤差；為控制器的輸出，即控制量。PID控制也有局限性，對(duì)于大延遲系統(tǒng)和性能指標(biāo)要求特別高的系統(tǒng)它就無(wú)能為力了

9、，這就需要考慮更先進(jìn)的控制方法。模糊控制具有傳統(tǒng)控制無(wú)法與之比擬的優(yōu)點(diǎn)，其中主要是：(1)使用語(yǔ)言方法，可不需要掌握過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型，因?yàn)閷?duì)復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程很難獲取過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型，而語(yǔ)言方法卻是一種很方便的近似。(2)對(duì)于具有一定操作經(jīng)驗(yàn)、而非控制專(zhuān)業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。(3)操作人員易于通過(guò)人的自然語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)界面聯(lián)系，這些模糊條件語(yǔ)句很容易加入到過(guò)程的控制環(huán)節(jié)上。(4)采用模糊控制，過(guò)程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)PID控制，并對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。(5)應(yīng)用模糊控制能減少控制器的存儲(chǔ)空間，降低成本；縮短主動(dòng)懸掛的延時(shí)，使控制更加及時(shí)，提高懸掛系統(tǒng)的可靠性。模糊控制的

10、基本思想是將有經(jīng)驗(yàn)的操作者對(duì)特定的被控對(duì)象或過(guò)程的控制策略總結(jié)成一系列以“IF(條件)THEN(動(dòng)作)”形式表示的控制規(guī)則，通過(guò)模糊推理得到控制作用集，作用于被控對(duì)象或過(guò)程。一般模糊控制算法包括：(1)定義模糊子集，建立模糊控制規(guī)則；(2)由基本的物理論域轉(zhuǎn)變?yōu)槟：险撚颍?3)模糊關(guān)系推理合成，求出控制輸出的模糊子集；(4)進(jìn)行模糊判決，得出精確的控制量。模糊控制屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的一種形式，因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類(lèi)似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，其框圖如下：模糊控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)模糊控制系統(tǒng)具有較好的魯棒性，這是由模糊控制器內(nèi)在的原理決定的。模糊控制的輸入輸出變量本身就是模糊化的，它不依賴于系統(tǒng)精確的物理參數(shù)。因此可以很好的適應(yīng)系統(tǒng)的時(shí)變。磁流變半主動(dòng)減振器磁流變減振器通常采用活塞缸結(jié)構(gòu)，磁流變液的通路由位于活塞上的阻尼孔或單獨(dú)的旁路構(gòu)成，在磁流