基于COOT算法的轨道交通车体调簧控制方法及其试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于COOT算法的轨道交通车体调簧控制方法及其试验装置，包括以下步骤，步骤1：初始化调簧试验装置，识别铁路车体落车信号；步骤2：基于调簧试验装置搭建莱卡仪测量坐标系，建立铁路车体的调簧控制模型；步骤3：基于COOT算法求解调簧控制模型，求解调簧控制位置的最优解；步骤4：通过调簧控制位置的最优解控制调簧试验装置。本发明专利技术设计了一种拟合二系支撑刚度变化曲线的铁路车体调簧控制方法，通过最小二乘法拟合二系支撑位载荷变化曲线，使调簧数学模型更加真实精确，同时利用多目标COOT算法对载荷偏差，加垫位置数，加垫总数进行多目标寻优；与传统调簧平台相比，优精度更高；试验装置具有结构设计巧妙、操作方便、安全可靠的特点。安全可靠的特点。安全可靠的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于COOT算法的轨道交通车体调簧控制方法及其试验装置


[0001]本申请涉及机电设备测控领域，具体地涉及一种基于COOT算法的轨道交通车体调簧控制方法及其试验装置。

技术介绍

[0002]铁路系统作为我国的支柱产业，是国家重要基础设施、国民经济大动脉和大众化交通工具，如何高效率，高安全性的出行已经成为人们日常生活中叩待解决的重要问题。通常铁路车体的每根动轴上所测得的轴重与该车各动轴实际平均轴重之差不应超过平均轴重的
±
2％；每个车轮的实际轮重与同轴两轮平均轮重之差不应超过两轮平均轮重的
±
4％，以保证车体轮(轴)重分配均衡。车辆的轴重及轮重偏差过大会对车辆的牵引性能、制动性能及行车安全等产生极其不利的影响。需依靠先进的检测技术和正确的调簧理论对这种复杂的空间超静定支撑结构进行受力调整，以获得满足要求的载荷分配。但是车辆结构复杂，多种因素耦合在一起影响车辆轴(轮)重，导致车辆轮重、轴重分配不均的原因呈现出多样性，其中二系支承点载荷分布不均将严重影响地铁车辆轮(轴)重分配，而车体称重调平技术是解决这一问题的有效途径。所以，建立精确的调簧力学模型，设定合适的优化目标，设计高效的优化算法，开发基于信息技术的智能化车体称重调賛试验台是对机车制造行业具指导意义的，也是势在必行的。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术基于多目标COOT(白骨顶鸡优化)算法，设计了一种拟合了二系支撑刚度变化曲线的铁路车体调簧控制方法，通过最小二乘法拟合二系支撑位载荷变化曲线，使调簧数学模型更加真实精确，同时利用多目标COOT算法对载荷偏差，加垫位置数，加垫总数进行多目标寻优；与传统调簧平台相比，精度更高，使试验装置功能更加完善，测控软件操作更简捷；本专利技术提出的试验装置具有结构设计合理、操作方便、安全可靠的特点，能够满足铁路车体的试验与分析，能够进一步推广应用。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的解决方案为：
[0005]一种基于COOT算法的轨道交通车体调簧控制方法，其包括以下步骤：
[0006]步骤1：初始化调簧试验装置，识别铁路车体落车信号；
[0007]初始化调簧试验装置的多个升降设备架车立柱，对应铁路车体的二系支撑位置进行落车，调簧试验装置识别铁路车体落车信号；
[0008]步骤2：基于调簧试验装置搭建莱卡仪测量坐标系，建立铁路车体的调簧控制模型；
[0009]步骤21：确定调簧计算方式，拟合铁路车体的刚度变化曲线，并由最小二乘法确定铁路车体的刚度变化曲线的系数，如下所示：
[0010][0011]式中：F
j
表示第j个架车立柱采集的二系支点测量载荷；a
jn
表示第j个架车立柱采集的二系支点n次项系数；表示第j个架车立柱采集的二系支点相对举升高度的n次方；n表示给定的最大拟合次数；N表示参与计算的架车立柱总数目；j表示调簧试验装置的架车立柱二系支点编号，j∈1,2,3
…
，N；
[0012]步骤22：搭建基于调簧试验装置的莱卡仪测量坐标系，对莱卡仪测量坐标系进行坐标转换；
[0013]步骤23：调簧试验装置的称重单元采集各轮重载荷与位移传感器的实时数据，并生成N条F
j
‑
s
j
拟合曲线,利用最小二乘法实时拟合铁路车体的刚度变化曲线，得到改进调簧控制模型，对车体进行调载处理，调簧控制模型如下所示：
[0014][0015]式中：f1表示铁路车体的平均载荷偏差；f2表示架车立柱总计调簧值；f3表示调簧位置总数；表示支点载荷均值；h
j
表示第j个架车立柱的调簧理论值，h
j
∈[h1，h2，
…
，h
N
]；H
max
表示最大允许调簧值；G
pso
表示记录调簧位置数，若在第j个架车立柱处调簧，则值为1，反之为0；
[0016]步骤3：基于COOT算法求解调簧控制模型，求解调簧控制位置的最优解；
[0017]步骤31：确定一个拥挤距离大的全局最优调簧控制位置gbest，获得均匀调簧控制位置pareto前沿，实现对首领及普通种群调簧控制位置的更新迭代；
[0018]步骤32：使首领与普通种群调簧控制位置保持在设定区间，并重新计算所有种群个体适应度，若存在普通种群适应度优于首领适应度的情况，则两者互换身份，并筛选出种群中的非支配个体对外部种群调簧控制进行更新；
[0019]步骤33：判断是否达到最大循环次数Iter，若达到，则输出调簧控制位置外部种群的均匀调簧控制位置pareto最优解集，获得调簧控制位置的最优解；
[0020]步骤4：通过调簧控制位置的最优解控制调簧试验装置；
[0021]获取步骤3确定的均匀调簧控制位置pareto最优解集，根据步骤2调簧控制模型的三个目标函数值f1、f2和f3确定第j个架车立柱的最优的调簧理论值h
j
，实现对相应的架车立柱进行控制；判断平均载荷偏差f1是否低于设置的阈值，若满足上述条件，则试验装置输出调簧测量结果数据，若不满足则返回步骤1重新落车并继续优化调整，实现对调簧试验装
置的控制。
[0022]可优选的是，所述步骤22中的搭建基于调簧试验装置的莱卡仪测量坐标系，对莱卡仪测量坐标系进行坐标转换，具体为：
[0023]以铁路车体为中心，建立基于调簧试验装置的莱卡仪测量坐标系，对莱卡仪测量坐标进行坐标转换，即为对莱卡坐标系进行平移和旋转，设定莱卡仪坐标系为A与车体参考点测量坐标系B共用一个z轴方向，则存在如下所示的计算关系：
[0024][0025]式中：表示莱卡仪坐标系A相对于车体参考点测量坐标系B的距离；和表示坐标系A沿坐标系B在x轴、y轴和z轴上的分量；
A
p表示莱卡仪坐标原点；
A
p
x
、
A
p
y
和
A
p
z
表示莱卡仪坐标原点在x轴、y轴和z轴上的分量；表示车体参考做坐标系A的坐标原点；和表示车体参考做坐标系A的坐标原点在x轴、y轴和z轴上的分量；
[0026]平移过后再次对莱卡仪坐标系绕z轴旋转，公式如下所示，旋转过后两个坐标系完全重合，莱卡仪所测所有测量点能够通过矩阵变换转化到车体参考点坐标系中；
[0027][0028]式中：θ表示莱卡仪坐标系A与车体参考点测量坐标系B两坐标系沿x轴夹角；表示由莱卡仪坐标系A到车体参考点测量坐标系B的旋转矩阵；
B
p表示坐标转换后车体参考点测量坐标系B的点在莱卡仪坐标系A下的相对坐标；
B
p
x
、
B
p
y
和
B
p
z
表示坐标转换后车体参考点测量坐标系B的点在莱卡仪坐标系A下的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于COOT算法的轨道交通车体调簧控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：初始化调簧试验装置，识别铁路车体落车信号；初始化调簧试验装置的多个升降设备架车立柱，对应铁路车体的二系支撑位置进行落车，调簧试验装置识别铁路车体落车信号；步骤2：基于调簧试验装置搭建莱卡仪测量坐标系，建立铁路车体的调簧控制模型；步骤21：确定调簧计算方式，拟合铁路车体的刚度变化曲线，并由最小二乘法确定铁路车体的刚度变化曲线的系数，如下所示：式中：F
j
表示第j个架车立柱采集的二系支点测量载荷；a
jn
表示第j个架车立柱采集的二系支点n次项系数；表示第j个架车立柱采集的二系支点相对举升高度的n次方；n表示给定的最大拟合次数；N表示参与计算的架车立柱总数目；j表示调簧试验装置的架车立柱二系支点编号，j∈1,2,3
…
，N；步骤22：搭建基于调簧试验装置的莱卡仪测量坐标系，对莱卡仪测量坐标系进行坐标转换；步骤23：调簧试验装置的称重单元采集各轮重载荷与位移传感器的实时数据，并生成N条F
j
‑
s
j
拟合曲线,利用最小二乘法实时拟合铁路车体的刚度变化曲线，得到改进调簧控制模型，对车体进行调载处理，调簧控制模型如下所示：式中：f1表示铁路车体的平均载荷偏差；f2表示架车立柱总计调簧值；f3表示调簧位置总数；F表示支点载荷均值；h
j
表示第j个架车立柱的调簧理论值，h
j
∈[h1，h2，
…
，h
N
]；H
max
表示最大允许调簧值；G
pso
表示记录调簧位置数，若在第j个架车立柱处调簧，则值为1，反之为0；步骤3：基于COOT算法求解调簧控制模型，求解调簧控制位置的最优解；步骤31：确定一个拥挤距离大的全局最优调簧控制位置gbest，获得均匀调簧控制位置pareto前沿，实现对首领及普通种群调簧控制位置的更新迭代；步骤32：使首领与普通种群调簧控制位置保持在设定区间，并重新计算所有种群个体
适应度，若存在普通种群适应度优于首领适应度的情况，则两者互换身份，并筛选出种群中的非支配个体对外部种群调簧控制进行更新；步骤33：判断是否达到最大循环次数Iter，若达到，则输出调簧控制位置外部种群的均匀调簧控制位置pareto最优解集，获得调簧控制位置的最优解；步骤4：通过调簧控制位置的最优解控制调簧试验装置；获取步骤3确定的均匀调簧控制位置pareto最优解集，根据步骤2调簧控制模型的三个目标函数值f1、f2和f3确定第j个架车立柱的最优的调簧理论值h
j
，实现对相应的架车立柱进行控制；判断平均载荷偏差f1是否低于设置的阈值，若满足上述条件，则试验装置输出调簧测量结果数据，若不满足则返回步骤1重新落车并继续优化调整，实现对调簧试验装置的控制。2.根据权利要求1所述的基于COOT算法的轨道交通车体调簧控制方法，其特征在于，所述步骤22中的搭建基于调簧试验装置的莱卡仪测量坐标系，对莱卡仪测量坐标系进行坐标转换，具体为：以铁路车体为中心，建立基于调簧试验装置的莱卡仪测量坐标系，对莱卡仪测量坐标进行坐标转换，即为对莱卡坐标系进行平移和旋转，设定莱卡仪坐标系为A与车体参考点测量坐标系B共用一个z轴方向，则存在如下所示的计算关系：坐标系B共用一个z轴方向，则存在如下所示的计算关系：式中：表示莱卡仪坐标系A相对于车体参考点测量坐标系B的距离；和表示坐标系A沿坐标系B在x轴、y轴和z轴上的分量；
A
p表示莱卡仪坐标原点；
A
p
x
、
A
p
y
和
A
p
z
表示莱卡仪坐标原点在x轴、y轴和z轴上的分量；表示车体参考做坐标系A的坐标原点；和表示车体参考做坐标系A的坐标原点在x轴、y轴和z轴上的分量；平移过后再次对莱卡仪坐标系绕z轴旋转，公式如下所示，旋转过后两个坐标系完全重合，莱卡仪所测所有测量点能够通过矩阵变换转化到车体参考点坐标系中；合，莱卡仪所测所有测量点能够通过矩阵变换转化到车体参考点坐标系中；式中：θ表示莱卡仪坐标系A与车体参考点测量坐标系B两坐标系沿x轴夹角；表示由莱卡仪坐标系A到车体参考点测量坐标系B的旋转矩阵；
B
p表示坐标转换后车体参考点测量坐标系B的点在莱卡仪坐标系A下的相对坐标；
B
p
x
、
B
p
y
和
B
p
z
表示坐标转换后车体参考点测量坐标系B的点在莱卡仪坐标系A下的相对坐标在x轴、y轴和z轴上的分量。3.根据权利要求1所述的基于COOT算法的轨道交通车体调簧控制方法，其特征在于，所述步骤31中确定一个拥挤距离大的全局最优调簧控制位置gbest，获得均匀的调簧控制位
置pareto前沿，实现对首领及普通种群调簧控制位置的更新迭代，具体为：随机选择一个拥挤距离大的个体作为全局最优值，其获取方法如下所示：式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉昆，王敬玉，马亚磊，李宝旺，张立杰，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：