【正文】 象這樣直接使用粒子過濾器估
。 許多學(xué)者都在研究在普通非線性非高斯?fàn)顟B(tài)空間模型中，利用粒子過濾器對狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行同時估算的作用。隨著量度的可能，粒子過濾器將繁殖更新這些粒子，從而隨著粒子數(shù)量的增加，他們將對所需概率密度函數(shù)提高有效良好的近似。其中粒子被認(rèn)為是所需概率密度函數(shù)的實化和樣本。這是只是為了是估算第一個新的中心矩，同樣也是為了 EKF 和 UKF服務(wù)。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 49 粒子過濾起（也叫蒙特卡羅連續(xù)過濾器）是為實現(xiàn)普通非線形非高斯?fàn)顟B(tài)估算的一種仿真方法。然而我們早期的研究發(fā)現(xiàn)，以卡爾曼過濾器為基礎(chǔ)的和近代非卡爾曼過濾為基礎(chǔ)的近似都是考慮不充分的。通過對狀態(tài)因素和未知參數(shù)的討論發(fā)現(xiàn)這是個非線形難題。對這樣一個系統(tǒng)中的特殊參量進(jìn)行直接估算是不明確的。 就象最后一部分所講，軌道車輛的動力學(xué)行為非常復(fù)雜，在獨立的車體和輪對間，在不同自由度上都存 在強(qiáng)烈的交叉耦合。因此，我們的集中注意力于車輪形狀和阻尼器，我們特別感興趣的是估算阻尼系數(shù) Csy(2 級橫向阻尼器 )， Csay(2 級抗搖擺阻尼器 )以及車輛動力學(xué)模型（ 2）輪對上的等量圓錐度。 量估算策略 在這個設(shè)計的早期階段，故障模式，影響因素和臨界分析作為識別故障和給故障排列優(yōu)先級的工具被使用。 為了仿真研究，假想每輛車象表 1 所述安裝 5 個傳感器（ 1 個螺旋儀和 4 個加速器），他們可以測量 2 個車輪的橫向加速，轉(zhuǎn)向架的橫向加速和搖擺度以及車輛車體的橫向加速。這些信息將會對實驗中傳感器的選擇，真實實驗測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理十分有用。其結(jié)果在表 1 中列出。 最大值 A 能夠很容易地從（ 1）推導(dǎo)出， b 是有軌道橫向上的不規(guī)則引起的橫向上的速率，可能近似看成是 0，意味著白色高斯噪聲是變量Qb,其中 Ar 是軌道粗糙因數(shù)， v 是車輛向前的速度，它也可以被認(rèn)為是激勵車輛動力學(xué)系統(tǒng)（ 2）的隨機(jī)輸入。線形值被用于剛度，阻尼比和蠕滑度上。 Yt1 和 Yt2 分別是動車和拖車車輪的橫向軌道位移輸入（軌道不規(guī)則），它代表軌道內(nèi)部準(zhǔn)線上的偏離。 動力學(xué)建模 這個方程描述 的是關(guān)于軌道車輛動力學(xué)運作的設(shè)計，它是把牛頓運動學(xué)應(yīng)用到獨立車體和輪對后發(fā)展而來，圖 1 中寫出了一半在直線軌道運行上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 47 的車輛，其車體能夠推導(dǎo)出的所有運動方程。一半的而不是所有的車輛模型都是這樣設(shè)計的，因為通過軟性二級懸掛連接的 2 個轉(zhuǎn)向架之間的動力車鉤是很小的。 當(dāng)前的工作是著重解決由橫向搖擺引起的車輛運行穩(wěn)定性問題，因此強(qiáng)調(diào)動力學(xué)模型設(shè)計是必要的。輪軌之間的滾動接觸產(chǎn)生蠕滑力，相當(dāng)復(fù)雜，而且要依賴 “ 蠕滑 ” 概念，蠕滑現(xiàn)象是由接觸點上材料的彈性變形引起的。他們間靠一系列不同的懸掛單元和強(qiáng)制力連接，整體上展現(xiàn)出非線形特征。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 46 系統(tǒng)描述 本文中，我們將對一組由阿爾斯通公司制造的 175 輛 Coradia 軌道車輛進(jìn)行研究。第三部分是簡單介紹本文中使用的建立在參數(shù)評估模式上的 RaoBlackwellized 粒子過濾器，那么仿真學(xué)也就發(fā)揮作用了。本文的其余部分是如下組織的。其實，在車輛動力學(xué)系統(tǒng)中通 過對關(guān)鍵物理參數(shù)的監(jiān)控或估算，象故障或者老化表現(xiàn)這類動向的偵測是能夠?qū)崿F(xiàn)的。在這個領(lǐng)域某些工作已經(jīng)開展起來了。從另一方面而言，為軌道車輛動力系統(tǒng)建立特殊的技術(shù)模型將會有很好的發(fā)展。然而本文的中心將集中在軌道車輛動力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)堅控上。為了避免突然中斷，并將由此而產(chǎn)生的整個系統(tǒng)停止時間減到最小，以便滿足日益增長的成本，效率，軌道車輛的可靠性和安全性以及地鐵服務(wù)的需求，一種以狀態(tài)為基礎(chǔ)的（而不是以日歷為基礎(chǔ)的）上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 45 軌道車輛維護(hù)系統(tǒng)是相當(dāng)理想的。 關(guān)鍵詞： 軌道車輛動力學(xué)模式，參數(shù)估算，狀態(tài)監(jiān)控， RaoBlackwellized 粒子過濾器， Kalman 延展過濾。這個方法隨后通過實驗被實踐證實。一種將軌道車輛動力學(xué)模式簡單化看待的規(guī)劃派生出現(xiàn)，嶄新發(fā)展起來的建立 RaoBlackwellized粒子過濾的方法被用于參數(shù)判斷。 然而，太多的不足希望老師不吝指正。 本 液壓減振器 實驗臺 裝置 利用液壓缸直接驅(qū)動，簡化了傳動機(jī)構(gòu)，提高了能量的利用效率，使設(shè)計計算的過程變的更加簡潔。由于液壓減振器長期高速往復(fù)運動和處于高溫狀態(tài)，故密封圈易老化導(dǎo)致漏油，或者油液在高溫下碳化，二者都會改變阻尼系數(shù)，甚至使其失去減振作用。 dcp密封環(huán)的平均值徑 (mm)。 得 : 761 .9 5 1 0 6 3 5 .62 1 1 0 1 0 mm? ?????? 由此可得：液壓缸的外徑為： 1 2 6 3 2 5 . 6 7 4 . 2D D m m?? ? ? ? ? ? 圓整后取 D1=76mm 5) 液壓缸油口直徑 d0 的計算 液壓缸進(jìn)出油口的直徑是根據(jù)活塞最高運動速度 v 和液壓管道中液壓 油最高液流速度 v0 而定，可得油口直徑計算公式為： 0 vdDv? v= m/s ；一般壓力下， v0=～ ；高壓力下 v0=～ ； 取 v0=所以有 d0= ㎜ 6） 缸蓋 厚度 的 計算 如圖 43所示 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 40 圖 43 缸蓋示意圖 設(shè)有油孔平行缸底的厚度為 h d0— 為液壓缸油孔的直徑 其他符號的意義同上，代入得： 761 . 9 5 1 0 6 30 . 4 3 3 6 3 1 2 . 1(6 3 6 ) 1 1 0 1 0h m m??? ? ? ?? ? ? 7) 缸頭厚度計算 圖 44 缸頭示意圖 ? ? 33 ()ypDhD Dd ?? ?上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 41 如圖 44所示 : ? ? 50 63 3 0. 31 10 65 173. 14 63 11 0 10cpFDh m md?? ? ? ?? ? ?? ? ? 式中： h法蘭厚度（ mm）； F法蘭受力總和（ N）； 2 2 7 50. 06 3 10 0. 31 1044F D p N??? ? ? ? ? ? F法蘭受力總和（ N）； d2封閉環(huán)內(nèi)徑（ mm）；根據(jù) 液壓設(shè)計手冊 （液壓氣動用 O 型橡膠密封圈尺寸系列 GB/），采用 O 型橡膠密封圈尺寸為 d1=,橫截面直徑 d2= 21 632cp dd d mm? ? ? p系統(tǒng)工作壓力 (Pa)。 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度 H，如果導(dǎo)向長度 H 過小，將會使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定，對于一般的液壓缸，當(dāng)液壓缸的最大行程為 s 缸筒直徑為 D 時，最小導(dǎo)向長度為： 20 2sDH?? 代入公式得： H? 于是 取 H=45mm 4) 確定液壓缸的壁厚 液壓缸的要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能，在 本設(shè)計中，由于涉及的工作壓力較大，因此采用市場上普遍采用的熱軋無縫鋼管，缸管材料為 45 鋼，其缸壁厚度計算公式為 ? ?2ypD? ?? 式中：δ — 缸體壁厚（㎜）； yp — 實驗壓力（ Pa），一般取 =（ ～ ） p； p— 液壓缸的最高工作壓力（ Pa）， p=15MPa ； 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 39 D— 液壓缸的內(nèi)徑 (㎜ )； [σ ]材料的許用應(yīng)力（ Pa）。 如圖 42 圖 42 液壓缸連接視圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 37 液壓缸速度之比 21vv?? ，選取速比 ? = 22111 ( )vdvD?????????? 1dD???? 液壓缸主要尺寸的計算 1) 液壓缸內(nèi)徑 及活塞桿直徑的確定 液壓系統(tǒng)壓力 15MPa,可測最大阻尼力 30KN 假設(shè) F1=30KN 則無活塞桿側(cè)的缸筒 內(nèi)徑為 1334 4 3 0 1 01 0 5 0 . 4 83 . 1 4 1 5FD m mp? ? ??? ? ? ?? 活塞桿直徑 2 2 2 21 1. 46 1 D d D d D? ???? ? ? ? ? 假設(shè) 2 30F KN? 則有活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑為 2 2 2 2 22 2 26 6 64 4 40 .3 21 0 1 0 1 0F F FD d D d D Dp p p? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? 得 : 32664 4 3 0 1 0 6 1 . 1 9 5 0 . 4 81 0 0 . 6 8 3 . 1 4 1 5 1 0 0 . 6 8FD m m m mp? ??? ? ? ?? ? ? ? ? 于是液壓缸內(nèi)徑 D=63mm， 活塞桿直徑 d=36mm 2) 活塞桿直徑強(qiáng)度校核 活塞桿材 料選取 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，淬火深度 ~1mm。 電液比例控制的主要缺點是成本較高，技術(shù)較復(fù)雜。這使得比例控 制系統(tǒng)較之開關(guān)閥控制系統(tǒng)，不但控制性能得以提高，而且使系統(tǒng)更為簡化。它們的特性比較如表 35 所示。與傳統(tǒng)的液壓控制閥比較，雖然價格較貴，但由于其良好的控制水平而得到補(bǔ)償。在高精度、快速響應(yīng)等高技術(shù)領(lǐng)域傳統(tǒng)上是伺服閥市場。除了在控制精度及響應(yīng)快速性方面還不如伺服閥外，其它方面的性能 和控制水平與伺服閥相當(dāng)，其動、靜態(tài)特性足以滿足大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用的要求。 目前，最通用的分類方式如下： 1) 比例流量控制系統(tǒng)； 2) 比例壓力控制系統(tǒng)； 3) 比例流量壓力控制系統(tǒng)； 4) 比例速度控制系統(tǒng)； 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 33 5) 比例位置控制系統(tǒng)； 6) 比例力控制系統(tǒng)； 7) 比例同步控制系統(tǒng)； 電液比例控制的特點及應(yīng)用 電液比例閥是介于開關(guān)型的液壓閥與伺服閥之間的一種液壓元件。按比例元件的類型分類，可分為比例節(jié)流控制和比例容積控制二大類。按被控量是否被檢測和反饋來分類，可分為開環(huán)比例控制系統(tǒng)和閉環(huán)比例控制系統(tǒng)。如前所述電液伺服控制系統(tǒng)是一種廣義上的比例控制系統(tǒng)，因而比例控制可以參照伺服控制來進(jìn)行分類。外環(huán)檢測元件直接檢測輸出量，用于提高整個系統(tǒng)的性能和控制精度。從框 圖中可見，檢測元件有內(nèi)環(huán)和外環(huán)之分。檢測元件有位移傳感器、測速發(fā)電機(jī)等。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 32 6) 檢測反饋元件 對于閉環(huán)控制需要加入檢測反饋元件。這是整個系統(tǒng)的功率放大部分。它把經(jīng)過放大后的電信號轉(zhuǎn)換成與其電量成比例的力或位移。 4) 比例閥 比例閥內(nèi)部又可分為兩大部分，即電 — 機(jī)械轉(zhuǎn)換器及液壓放大元件，還可能帶有閥內(nèi)的檢測反饋元件。所以要對控制信號進(jìn)行功率放大，且偏差信號的類型或形狀都不一定能滿足高性能控制的要求。 3) 電控器 電控器通常稱作比例放大器。如遇到不同類型的量作比較，在比較前要進(jìn)行信號類型轉(zhuǎn)換，例如 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。 2) 比較元件 它的功用是把給定輸入與反饋信號進(jìn)行比較，得出偏差信號作為電控器的輸入。指令信號可以手動設(shè)定或程序設(shè)定。電控器 電 — 機(jī)轉(zhuǎn)換 液壓放大 液 壓 執(zhí)行器 輸出量 指令元件 檢測反饋 圖 34 電液比例控制系統(tǒng)框圖 檢測反饋 比較元件 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 31 在有反饋信號存在的情況下，它給出與反饋信號有相同形式和量級的控制信號。但一般這不稱為閉環(huán)系統(tǒng) 組成電液比例控制系統(tǒng)的基本元件有 ： 1) 指令元件 它是給定控制信號的產(chǎn)生與輸入的元件。圖中虛線所示為可能實現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，包含外了外反饋回路控制系統(tǒng)的才稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，不包含外反饋的稱為開環(huán)系統(tǒng)。但由于有反饋的存在，其穩(wěn)定性成為設(shè)計的主要考慮問題，特別是比例閥工作在較大的范圍時，其非線性的影響不能忽略。在受到干擾時仍能消除偏差或把偏差控制在要求的精度內(nèi)。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電液比例控制軌道車輛液壓減振器實驗臺設(shè)計 29 2DT 1DT 圖 32 開環(huán)比例控制液壓系統(tǒng) 1 比例調(diào)速閥 2 比例放大器 3 給定電位器 1 3 2 給定 圖 33 閉環(huán)比例調(diào)速系統(tǒng) 1 速度傳感器 2 比例放大器 3 比例方向閥