基于状态空间法的受电弓主动控制的研究

动车组主动控制受电弓工作原理及故障分析引言：主动控制受电弓可以有效改善受电弓接触网之间的动态特性，既可以保证弓网之间的稳定受流，又可以有效降低弓网磨耗。

充分了解受电弓的结构特点、工作原理、调试试验，可以使我们更好的掌握受电弓检修技术，在运用维护、故障处理、工艺完善等方面积累经验，为制定合理、完善的检修规程提供现场实际指导。

1.受电弓的结构与工作原理分析主动控制型受电弓，以列车速度和受电弓位置参数为依据，通过电空集成的控制模块对受电弓气囊压力进行主动控制，进而间接的控制受电弓与接触网之间的接触压力。

其具体结构如下：（1）受电弓的主要的结构1.底架与铰链系统2.下臂3.上臂4.下拉杆5.上拉杆6.平衡系统-气囊7.集电头8.气动ADD阀9.APIM装置①底架与铰链系统底架（1）的刚性装置由焊接轮廓部分组成，包括：联合悬挂系统、阻尼器、平衡系统；铰链系统由焊接钢管组成，包括以下组件：下臂（2）、下拉杆（4）、上臂（3）上拉杆（5）这些组件确保了弓头的垂向运动。

②平衡系统平衡系统由气囊组成，气囊通过下臂的凸轮/弹性连接轴传递扭矩作用。

该平衡系统的一侧安装在支架上，另一侧悬挂在下臂（在弹性连接轴水平上）的凸轮上。

该系统的实现平衡联接，确保受电弓与接触网之间保持持续稳定的接触力。

③集电头集电头由带有弓头装置的铰链组成。

该弓头实现为受电弓传递电流的功能，并允许在相互运动状况下与接触网接触。

④ADD（自动降弓装置）系统ADD系统可以在碳滑板损坏时使受电弓自动快速地降弓。

降弓之后，如果碳滑板未修复，它可以阻止受电弓升弓。

它以安装在受电弓支架上的一个气动ADD阀（8）为基础，通过空气管（包括碳滑板）作用。

在正常运行情况下（碳滑板无损坏），气动阀是关闭的。

在碳滑板损坏的情况下，排出的空气气流将气动阀打开，实现自动降弓。

压力开关提供碳滑板（低电流接触）损坏的信息，气囊压力下降，受电弓自动降弓。

2.主动控制受电弓主动控制逻辑以及模块介绍（1）CRH380B(L)主要的控制逻辑首先根据线路接触网参数和以往的运营经验在控制单元内设置速度。

毕业设计（论文）中文题目受电弓常见故障研讨学习中心（函授站）：济南铁路局专业：机械设计制造及其自动化姓名：XXX学号：********指导教师：XXX北京交通大学远程与继续教育学院2023年4月毕业设计(论文)承诺书与版权使用授权书本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。

除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。

论文作者签名：_________________ ______年_______月______日指导教师签名：_________________ _______年_______月______日毕业设计(论文)成绩评议毕业设计(论文)任务书本任务书下达给： 2014 级机械设计制造及其自动化专业学生 XXX设计（论文）题目：受电弓常见故障研讨一、毕业设计（论文）基本内容结合我国铁路高铁动车组的受电弓日常运用的现状，通过对动车组受电弓的了解，正确地分析现阶段动车组受电弓常见故障的特点，有针对性地研究分析受电弓常见故障并提出解决措施和可行性整改方案。

二、基本要求随着我国铁路客运朝电气化、高速化方向发展，受电弓各类故障频繁发生，危及铁路客运行车安全、制约高速动车组的发展。

为此，有必要对受电弓的各类故障进行研究分析并提出解决措施。

要求能根据各型受电弓实际运用中，受电弓出现的各类故障结合实践经验不断摸索和研究，掌握受电弓的各类主要故障，对其进行逐一分析并提出合理化解决措施。

三、重点研究的问题结合日常运用中常见的多发故障，针对铁路动车组受电弓出现的各类故障进行研究分析，找出各类故障的发生规律并提出解决措施和可行性整改方案。

受电弓最优主动控制仿真研究答辩受电弓是电气化铁路的重要组成部分，主要用于供电线路与列车之间的接触和能量传输。

受电弓的位置控制对于确保电气化铁路的安全和稳定运行具有重要意义。

因此，对受电弓的最优主动控制进行仿真研究具有重要的理论和实践意义。

受电弓的主动控制研究可以分为两个方面，一方面是控制受电弓的高度，另一方面是控制受电弓与供电线路之间的接触压力。

对于受电弓高度的控制，传统的方法是利用反馈控制的思想，通过测量受电弓位置的信号反馈给控制系统，根据反馈信号的差异来调整控制输出，使受电弓的位置能够保持在一个合理的范围内。

然而，这种方法存在的问题是无法考虑到列车运行速度和受电弓与供电线路的接触状态对受电弓高度的影响。

因此，如何设计一种能够通过模拟列车实际运行情况的方法来优化受电弓控制成为了一个重要的问题。

对于受电弓与供电线路之间的接触压力控制，主要的问题是如何保持压力在一个合适的范围内以保证能量传输的稳定性。

过高的接触压力会导致受电弓与供电线路之间的磨损加剧，而过低的接触压力则会导致传输能量的不稳定，甚至无法传输能量。

因此，如何通过合理控制受电弓的位置来实现接触压力的最优控制成为了一个关键问题。

为了解决以上问题，可以采用仿真方法进行研究。

具体而言，可以通过建立受电弓与供电线路之间的力学模型和列车运行模型，利用数值方法和控制算法对受电弓的位置和接触压力进行仿真。

在仿真研究中，可以考虑不同的列车运行速度、受电弓位置和供电线路条件，通过优化控制算法，得到最优的受电弓控制策略。

同时，还可以研究不同的控制参数和控制方法对受电弓位置和接触压力的影响，为实际的受电弓控制系统设计提供参考。

另外，在仿真研究的过程中还可以考虑一些实际问题，比如风速、弓面弯曲等对受电弓位置和接触压力的影响。

通过对这些实际问题的研究，可以更好地理解受电弓位置和接触压力的控制机制，为实际受电弓控制系统设计提供更加准确和可靠的方法。

总之，受电弓最优主动控制仿真研究在电气化铁路领域具有重要的研究价值。

受电弓振动主动控制研究现状分析□宋一凡郭德勇梁继国【内容摘要】电力机车高速行驶时，弓网振动将导致弓网接触力产生波动进而引起机车受流不良，降低机车运行性能甚至会损害机车电气设备。

受电弓主动控制可以有效减小弓网振动，本文从控制算法方面介绍了受电弓振动主动控制的研究现状，总结分析了近年来国内外学者在这方面取得的研究成果以及各种控制算法的优缺点，并展望了未来受电弓振动主动控制的发展趋势和研究方向。

【关键词】电力机车；受电弓振动；主动控制；控制算法【基金项目】本文为东北林业大学国家级大学生创新实验项目“电动载货车高速路随动取电装置”（编号：201810225079）资助项目研究成果。

【作者单位】宋一凡、郭德勇，东北林业大学交通学院；梁继国，吉林省辉南经营局一、引言受电弓与接触网接触受流牵引电力机车运行，空气动力、接触网的波传播和波反射、不规则风和轮轨状况等因素将引起弓网振动，而弓网振动将降低机车受流质量、加剧弓网磨损、增大运行噪声。

随着机车运行时速提高，弓网振动带来的危害也将加剧，弓网振动成为限制电力机车提速的重要因素。

目前，主要有两种方法解决振动问题：一是提高接触网刚度或增大接触线张力，二是增大弓网接触力。

这两种方法均在一定程度上减小了弓网振动，但第一种需要更换接触网，成本巨大；第二种加剧弓网磨损的同时增大了安全隐患［1］。

研究人员不得不寻找新的途径来解决振动问题，早期研究者提出利用主动控制技术来提高受电弓的跟随性。

进行可控受电弓的研究渐渐成为了机车受电弓研究的一个重要课题。

对于受电弓振动主动控制的研究，欧洲和日本学者起步较早，2003年7月速度可达230km/h的振动主动控制受电弓在德国就已试验成功［2］。

而我国学者对此类课题的研究起步较晚，发展尚停留在实验室阶段。

尽管国内外已有很多研究涉及这一领域，但大多仅停留在控制策略的提出和数值仿真验证，难以在实践中得到应用，实现的瓶颈主要在于作动器的选择和能量供应问题，以及接触力反馈信号的实用性。

主动控制型受电弓浅析发布时间：2021-05-03T05:40:29.128Z 来源：《中国科技人才》2021年第4期作者：张合敏[导读] 近年来，随着高速动车组列车的不断发展，高速动车组列车已成为人们出行的主要工具之一，我国高速动车组列车的发展也己经走在世界前列。

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266111摘要：受电弓是高速动车组列车获取能量的唯一设备，是高速动车组列车非常重要组成系统。

本文主要介绍主动控制型受电弓组成及其机理。

关键词：高速动车组；受电弓；主动控制1.引言近年来，随着高速动车组列车的不断发展，高速动车组列车已成为人们出行的主要工具之一，我国高速动车组列车的发展也己经走在世界前列。

由于高速动车组列车均采用电力牵引，高速动车组列车在运行过程中通过受电弓在接触网获取电能，因此受电弓也是高速动车组列车运行的动力之源。

受电弓出现问题会导致列车的延误、停运甚至出轨，造成巨大的经济损失。

本文主要介绍主动控制受电弓的组成及其机理，以期对相关从业人员有所帮助，保障高速动车组列车的安全可靠的运行。

2.主动控制型受电弓的主动控制原理主动控制受电弓利用先导主动控制技术，以列车速度和受电弓位置参数为输入，通过电空集成的控制模块对受电弓气囊压力进行主动控制，从而间接的控制受电弓与接触网之间的接触压力。

如图1所示图1先导主动控制技术示意图框架3.主动控制型受电弓控制模块简介主动控制受电弓控制模块最大的特点是受电弓用电空集成控制模块代替了以气动阀和电磁阀组成的简单气阀板。

控制模块由气动控制模块和电气控制模块两部分共同组成。

受电弓控制模块与列车控制系统通过列车总线及MVB总线相连接，受电弓风源来自该节车厢的主风缸，列车通过控制模块及车顶供气管路向受电弓供风。

4.主动控制型受电弓各部件及功能介绍4.1部件简介主动控制型受电弓主要部件有过滤器、升弓电磁阀、ADD电磁阀、碳滑板、ADD阀、减压精密电磁阀、增压精密电磁阀、压力传感器、气囊、调压阀、总线插头、电气控制模块、进气口缩孔等部分组成。

(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510977636.6(22)申请日 2015.12.23G01R 31/00(2006.01)B60L 5/20(2006.01)(71)申请人中国铁路总公司地址100844 北京市海淀区复兴路10号申请人中国铁道科学研究院中国铁道科学研究院机车车辆研究所北京纵横机电技术开发公司(72)发明人刘会平 韩通新 赵伯胜 文小鹰(74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司 11127代理人王涛(54)发明名称受电弓动态运行性能控制方法及装置(57)摘要本发明提供了一种受电弓动态运行性能控制方法及装置，该受电弓动态运行性能控制方法包括：进行受电弓线路空气动力学性能试验，生成所述受电弓在不同开口方向及速度级的空气动力学性能参数；进行受电弓弓网受流性能试验，生成所述受电弓在不同运行线路、不同开口方向及速度级的受电弓弓网受流性能参数；利用二次多项式曲线回归方法，根据所述受电弓弓网受流性能参数及空气动力学数据绘制不同速度级及不同开口方向下的弓网接触力趋势回归曲线；根据所述弓网接触力趋势回归曲线控制受电工的动态运行性能。

利用本发明，能够保证受电弓的受电弓动态运行性能参数得到准确控制，进而准确控制受电弓和接触网间接触力，保证弓网受电弓良好受流。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书7页 附图3页CN 105652111 A 2016.06.08C N 105652111A1.一种受电弓动态运行性能控制方法，其特征在于，包括：进行受电弓线路空气动力学性能试验，生成所述受电弓在不同开口方向及速度级的空气动力学性能参数；进行受电弓弓网受流性能试验，生成所述受电弓在不同运行线路、不同开口方向及速度级的受电弓弓网受流性能参数；利用二次多项式曲线回归方法，根据所述受电弓弓网受流性能参数及空气动力学数据绘制不同速度级及不同开口方向下的弓网接触力趋势回归曲线；根据所述弓网接触力趋势回归曲线控制受电工的动态运行性能。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910707006.5(22)申请日 2019.08.01(71)申请人 中车青岛四方车辆研究所有限公司地址 266031 山东省青岛市市北区瑞昌路231号(72)发明人 薛松　李文正　王曙　李然　李德祥　唐化勇　张程　尹龙龙　尹航　(74)专利代理机构 青岛清泰联信知识产权代理有限公司 37256代理人 张媛媛(51)Int.Cl.B60L 5/28(2006.01)(54)发明名称受电弓升弓控制系统及方法(57)摘要本发明提供了一种受电弓升弓控制方法和控制系统，控制方法如下：包括自动控制模式以及人工控制模式，控制方法包括以下步骤：判断车辆是否处于自动驾驶模式；若是，则采用自动控制模式，生成升弓控制指令信号；若否，则采用人工控制模式，生成升弓控制指令信号。

升弓控制系统包括控制器，其控制信号输出端与受电弓升弓执行控制机构连接，具体包括：自动控制单元：用于在车辆处于自动驾驶模式时，生成升弓控制指令信号；人工控制单元：用于在车辆处于人工驾驶模式时，接收升弓操控键指令，生成升弓控制指令信号。

该方法和系统立足于全自动运行控制，通过网络控制受电弓升弓，实现多种升弓控制策略的融合，提高升弓控制的可靠性。

权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 110435432 A 2019.11.12C N 110435432A1.一种受电弓升弓控制方法，其特征在于，包括自动控制模式以及人工控制模式，所述控制方法包括以下步骤：判断车辆是否处于自动驾驶模式；若是，则采用自动控制模式，生成升弓控制指令信号；若否，则采用人工控制模式，生成升弓控制指令信号。

2.如权利要求1所述的受电弓升弓控制方法，其特征在于，所述自动控制模式包括全自动无人控制模式和远程人工控制模式。

3.如权利要求2所述的受电弓升弓控制方法，其特征在于，全自动无人控制模式下，生成升弓控制指令信号的方法为：在列车处于唤醒工况时，根据车辆受电弓主风管气压生成车辆升弓允许信号；若气压满足升弓条件，则自动生成升弓控制指令信号；若气压不满足升弓条件，则输出硬线应急升弓控制指令信号，控制受电弓气泵打开，直至气压满足升弓条件时，自动生成升弓控制指令信号。

主动控制受电弓机理解析及试验应用研究的开题报告标题：主动控制受电弓机理解析及试验应用研究研究背景：在高速铁路运行过程中，电力传输的效率和稳定性起着至关重要的作用，而受电弓则是电力传输的重要组成部分。

目前，电力传输的方法大多采用固定受电弓的方式，但是在高速运行中，受电弓与线路距离的波动会导致接触不良和受电弓磨损，降低电力传输质量，因此需要为受电弓引入主动控制方法，来解决这一问题。

研究内容：本研究将针对高速列车的动态情况，通过搭建一个仿真系统，对受电弓的运行过程及波动情况进行实验分析，并通过数据处理和分析，得出相关结论。

同时，本研究也将设计一种主动控制系统，可实时感知受电弓与线路距离的波动情况，控制受电弓的运动轨迹和角度，从而实现受电弓的动态调整，提高电力传输质量。

研究目标和意义：本研究旨在设计一种能够实时感知受电弓运动状态的主动控制系统，提高高速列车电力传输质量，在实际应用中促进高速铁路的发展和技术进步。

研究方法：本研究将采用仿真分析和实验室测试相结合的方式进行研究。

通过仿真分析，确定主动控制系统设计方案；通过实验室测试，验证系统的可行性和有效性。

预期成果：1.设计一种可行的主动控制系统，实现受电弓动态调整；2.验证主动控制系统的可行性和有效性；3.提高高速列车电力传输质量，推动高速铁路的技术进步和发展。

研究计划：第一年：搭建仿真系统，对受电弓波动情况进行分析；第二年：设计主动控制系统，进行实验室测试；第三年：对实验结果进行数据分析和处理，撰写论文。

参考文献：1. Zha X, Xia C, Chen J. Design of a new automatic pantograph-catenary contact model with a variable-force tightening device[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2019, 127: 179-197.2. Chen Y, Liu H, Li Y. Study on the Dynamic Quality of the Contact between Catenary and Pantograph Based on Hertz Contact Theory[J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2018,16(2):134-144.3. Yan J, Sun X, Jiang C, et al. A new multi-objective optimal control method applied in operation of high-speed trains[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2020, 234(1): 59-72.4. Kang R, Huang T, Sun Q, et al. A numerical study of aerodynamic damping of pantograph-catenary system and its effects on the dynamic stability of high-speed trains[J]. Frontiers of Engineering Management, 2019, 7(2): 187-200.。