本发明专利技术公开了属于轨道动态检测技术领域的一种基于观测器的轨道横向不平顺检测方法。首先在转向架中心位置安装横向加速度传感器、摇头角测量仪或陀螺仪，分别用来测量列车运行过程中转向架横向加速度以及摇头角速度；同时在车体底板中心位置安装横向加速度传感器以获得车体横向加速度；然后对传感装置采集到的模拟信号进行隔离处理、模数转换和数字滤波等相关预处理，并以此数据对列车横向悬挂系统进行动力学建模，构建轨道横向不平顺估计系统，检测轨道横向不平顺。本发明专利技术属于在途检测方法，检测实时性更强；检测单元结构简单，不易受外界因素干扰，装置可靠性高，所需费用低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轨道动态检测
，尤其涉及一种。
技术介绍
轨道不平顺对铁路机车车辆系统是一种外部激扰，是产生机车车辆系统震动的主要根源。其不仅影响列车的平稳运行，而且该变形积累到一定限度时，将大大削弱线路的强度和结构稳定性，并对铁路安全运输有严重的影响。因此，及时对轨道平顺性检测对于保证行车安全、合理安排线路的养护和维修具有重大意义。目前，国内外轨道交通线路检测主要通过人工检测和轨检车来完成。人工检测是通过弦线、轨道检查仪等对轨道几何形位进行的检测，故其存在工作强度大，效率低等缺点；轨检车大多使用一些光学元件、位移传感器、伺服系统等组成轨道几何形位检测系统，自动化程度相对较高，但由于其系统的复杂性，使得其易受外界环境干扰，且易失效，从而使得其维修量大(需要定期做维修与元件的校准)，故其存在造价高，检测周期长，实时性差等缺点。因此在轨道交通高速发展的现状下，人工检测和轨道检测车按固定的周期检测线路的措施都不能够较为实时地发现一些严重的轨道不平顺，已远远无法满足未来对轨道安全状态实时检测的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述缺陷提出一种，其特征在于，步骤如下I、传感装置的布设在转向架中心位置安装横向加速度传感器、摇头角测量仪或陀螺仪，分别用来测量列车运行过程中转向架横向加速度以及摇头角速度；同时在车体底板中心位置安装横向加速度传感器以获得车体横向加速度；2、信号采集的预处理信号采集单元实体即信号调理板，主要是对传感装置采集到的模拟信号进行隔离处理、模数转换和数字滤波的相关预处理工作；3、列车横向悬挂系统动力学建模采用列车横向悬挂系统，得到列车横向动力学方程如下权利要求1.一种，其特征在于，步骤如下 .1)传感装置的布设 在转向架中心位置安装横向加速度传感器、摇头角测量仪或陀螺仪，分别用来测量列车运行过程中转向架横向加速度以及摇头角速度；同时在车体底板中心位置安装横向加速度传感器以获得车体横向加速度； .2)信号采集的预处理 信号采集单元实体即信号调理板，主要是对传感装置采集到的模拟信号进行隔离处理、模数转换和数字滤波的相关预处理工作； .3)列车横向悬挂系统动力学建模 采用列车横向悬挂系统，得到列车横向动力学方程如下2.根据权利要求I所述，其特征在于，所述相关预处理工作为电流信号到电压信号的转换，抗混叠滤波、电压转换，模拟信号的A/D转换等，为鲁棒观测器及滤波器提供输入数据。全文摘要本专利技术公开了属于轨道动态检测
的一种。首先在转向架中心位置安装横向加速度传感器、摇头角测量仪或陀螺仪，分别用来测量列车运行过程中转向架横向加速度以及摇头角速度；同时在车体底板中心位置安装横向加速度传感器以获得车体横向加速度；然后对传感装置采集到的模拟信号进行隔离处理、模数转换和数字滤波等相关预处理，并以此数据对列车横向悬挂系统进行动力学建模，构建轨道横向不平顺估计系统，检测轨道横向不平顺。本专利技术属于在途检测方法，检测实时性更强；检测单元结构简单，不易受外界因素干扰，装置可靠性高，所需费用低。文档编号E01B35/02GK102797202SQ20121031392公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日专利技术者魏秀琨, 汪煜婷, 贾利民, 郭淑萍, 柳海, 林帅, 郭昆 申请人:北京交通大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于观测器的轨道横向不平顺检测方法，其特征在于，步骤如下：1）传感装置的布设在转向架中心位置安装横向加速度传感器、摇头角测量仪或陀螺仪，分别用来测量列车运行过程中转向架横向加速度以及摇头角速度；同时在车体底板中心位置安装横向加速度传感器以获得车体横向加速度；2）信号采集的预处理信号采集单元实体即信号调理板，主要是对传感装置采集到的模拟信号进行隔离处理、模数转换和数字滤波的相关预处理工作；3）列车横向悬挂系统动力学建模采用列车横向悬挂系统，得到列车横向动力学方程如下：其中，？？？分别代表列转向架前后两个轮对的横向加速度、摇头角加速度，？分别代表转向架横向加速度、摇头角加速度以及车体横向加速度；上述各等式右边各项系数均为列车结构与性能属性值，其代表含义如？表1所示的列车结构与性能属性值公式1？7右边各项系数的含义；其他均为中间状态变量及输出值，为未知量。表1列车结构与性能属性值公式1？7右边各项系数的含义符号含义单位符号含义单位mw轮对质量kgCyrb右侧二系悬挂横向阻尼kN/mIw轮对摇头转动惯量Kgm2Cψrb左侧二系悬挂摇头角阻尼kN/mmb转向架质量kgCψrb右侧二系悬挂摇头角阻尼kN/mIb转向架摇头转动惯量Kgm2f11纵向蠕滑系数MNmbd车体质量kgf22横向蠕滑系数MNxy一系悬挂横向刚度kN/ma0轮对间距之半mKψ一系悬挂摇头角刚度kN/radI0轨距之半mKylb左侧二系悬挂横向刚度kN/mλ等效踏面锥度？Kyrb右侧二系悬挂横向刚度kN/mν车辆运行速度m/sCylb左侧二系悬挂横向阻尼kN/mr0轮对半径m按照公式（1）？（7）建立车体悬挂系统垂向、横向微分方程模型，进而导出车辆悬挂系统的空间状态方程，其形式为：其中x为状态变量，d为模型不确定度，yw为轮对横向位移实际值，y为各传感装置检测输出值：包括转向架横向加速度、转向架摇头角速度和车体横向加速度。4）轨道横向不平顺估计系统的构建由步骤3中所列动力学方程构建轨道横向不平顺估计系统，其中列车横向悬挂系统为已知，鲁棒观测器及滤波器为未知。模型不确定度d通过列车横向悬挂系统被所布设的各传感装置检测得到输出量y；将y输入观测器O，从而可得到轮对横向位移实际值yw及其残差r；再将r？输入滤波器F，得到轮对横向位移估计值？；对轮对横向位移实际值yw与估计值？进行比较得到差值w，当差值？接近0时，估计效果达到最佳；此时获得的轮对横向位移实际值yw乘以一个增益量就可得到实际轨道横向不平顺值，即在合适的频域范围内，轮对横向位移与实际轨道横向不平顺值成线性关系；5）观测器O的设计鲁棒观测器数学模型可表示为：鲁棒观测器设计即使设计的观测器残差输出r对系统中的轮对横向位移实际值yw敏感而对模型不确定度d具有鲁棒性，使得系统能够检测出较小的yw变化，其中L为观测器增益矩阵，y为系统实际输出，？为观测器估计输出，？为观测器估计状态，r为观测器输出的残差信号。鲁棒观测器设计流程如下：步骤一，由空间状态方程获得系统从d到残差输出r的传递函数与从yw到残差输出r的传递函数，分别为：步骤二，依据H∞/H？指标求解鲁棒观测器增益L。鲁棒观测器的设计需要使观测器对d具有鲁棒性而对yw具有敏感性，同时观测器必须是稳定的，因而在观测器增益L的求解过程中需要满足这样三个条件：鲁棒性条件敏感性条件稳定性条件A？LC极点小于零上述条件可转化为线性矩阵不等式优化问题？并求解得到最佳观测器增益L，由此鲁棒观测器设计完成。6）滤波器F的设计滤波器F的数学模型可表示为：其中，xc为轮对横向位移估计滤波器F的状态量，？为滤波器的输出，Ac、Bc、Cc、Dc为轮对横向位移估计滤波器的参数矩阵。滤波器F即使设计的滤波器F输出？对系统中的轮对横向位移实际值yw及模型不确定度d都具有鲁棒性，即同样需要如下不等式优化条件：根据H∞/H？引理，上述优化条件可转化为存在矩阵X，Y，Z，M，G，H，L，？，？，且满足？使得以下不等式成立：其中Δ11,d、Δ12,d、？为由矩阵X、Y、Z、M、G、H、L、Pd、Qd、？、？、Pc、？构成的矩阵。通过上述三个线性矩阵不等式，矩阵X、Y、Z、M、G、H、L能够被求解获得，？则可对轮对横向位移估计滤波器进行重构，并建立以下关系等式：其中，矩阵U和V为未知量，可由对（Z？YX）进行QR或SVD分解获得。由此，动态观测滤波器可以被重构获得，其相关系数为：。FDA0000207274451.jpg,FDA0000207274452.jpg,FDA0000207274453.jpg,FD...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏秀琨，汪煜婷，贾利民，郭淑萍，柳海，林帅，郭昆，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
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