基于再次均匀采样策略改进轨道车辆二系悬挂系统参数估计方法.pdfVIP

第 34卷 ，第3期 中 国 铁 道 科 学 Vo1．34 No．3 2013年 5月 CHINA RAIIWAY SCIENCE M ay，2013 文章编号：1001—4632 (2013)03—0072—07 基于再次均匀采样策略改进轨道车辆 二系悬挂系统参数估计方法 方 宇，陈 龙，李晓斌，金子博 (上海工程技术大学 城市轨道交通学院，上海 201620) 摘 要：基于粒子滤波和卡尔曼滤波的轨道车辆二系悬挂系统参数估计方法存在因粒子枯竭而无法对系统 参数变化进行监测的缺陷，所以引入再次均匀采样策略对其进行改进。采用轨道车辆系统横向动力学模型，建 立轨道车辆二系悬挂系统的横向动态空间模型，并运用改进后的参数估计算法和Matlab软件对二系横向阻尼和 抗蛇行阻尼 2个系统参数进行仿真计算。结果表明：在无法获得轨道横向不平顺统计特性的情况下，参数估计 方法仍具有 良好的鲁棒性；在轨道车辆二系悬挂系统发生突发或老化故障的情况下，改进后的参数估计方法可 以准确估计系统参数的变化，且误差值始终保持在 1O 以下，能够实现对系统状态的实时监测。 关键词 ：轨道车辆；悬挂系统；状态监测 ；参数估计；粒子滤波；再次均匀采样 中图分类号：U270．331 文献标识码：A doi：i0．3969／j．issn．i001—4632．2013．03．12 悬挂系统的状态直接影响轨道车辆运行的安全 传统的参数估计方法，首先确定需要监测的系 性、平稳性和舒适性[1]。在线监测技术是轨道车 统非时变未知参数向量O，然后根据m维观测向量 辆运营过程 中评判其悬挂系统安全状态的重要手 Y对尼时刻 维状态向量X 和0进行估计。此时， 段，目前主要依赖于信号分析方法。信号分析方法 系统动态空间模型如下。 对故障特征的判断及趋势的分析较多依靠海量状态 Xk=A(O)xk一1+B() 一l (1) 监测数据的统计结果，且需在轨道车辆上布置数 目 Y =H (O)xk—l+vk一1 (2) 较多的传感器，具有一定的局限性_3]。参数估计 式中：W和，分别为相互独立的状态噪声和观测噪 是近年来提出的全新的车辆状态监测方法，利用少 声向量，其协方差分别为Q和R；A(D)，B(9)和H 量的传感器就能获得所需参数的估计值，因此相对 (O)为 由 决定的矩阵。 信号分析方法具备一定的优势。基于卡尔曼滤波的 参数估计方法的基本求解思想是将8与X组成 状态监测方法无法判断轨道车辆因系统老化导致的 增广状态向量考=I-x，O]，用粒子滤波估计0，用卡 渐变性故障s【 ；基于粒子滤波和卡尔曼滤波的参 尔曼滤波估计 ；经过计算粒子滤波趋于稳定，此 数估计算法能够获得较为理想的效果，但是没有深 时所有的粒子都相同，并且这些粒子非常接近未知 入研究突发故障状态下的二系悬挂 系统参数估 参数的真实值，即完成参数估计。 计[7]。本文通过引入再次均匀采样策略，改进传统 在完成参数估计以后，将导致粒子枯竭。因为 基于粒子滤波和卡尔曼滤波的轨道车辆二系悬挂系 初始化时，粒子滤波的每个粒子都是不同的，这些 统 (简称系统)参数估计方法，解决因粒子枯竭导 粒子就是未知参数的估计值，在粒子滤波计算过程 致无法对悬挂系统参数变化进行实时监测的问题。 中，接近未知参数真实值的粒子会逐步取代远离未