17381

17381

مدلسازي ديناميكي و كنترل سيستم پانتوگراف قطارهاي پرسرعت

كارشناسي ارشد

مهندسي كنترل و علائم

اسفند 1395

دكتر بهمن قرباني واقعي

راه آهن

پانتوگراف يكي از مهم‌ترين اجزاي انتقال برق به قطار مي‌باشد كه توسط آن مي‌توان برق را از شبكه بالاسري به قطار منتقل نمود. ارتباط دائم پانتوگراف با شبكه برق و ثبات در نيروي تماسي بين آن‌ها به‌خصوص در قطارهاي پر سرعت، تحت هر شرايطي بسيار مهم بوده و نيازمند توجه مي‌باشد. براي دست‌يابي به اين هدف لازم است مدل دقيقي از ديناميك سيستم پانتوگراف و شبكه بالاسري در دسترس باشد. يكي از مواردي كه در مدل سازي ديناميكي بايستي مورد توجه قرار بگيرد رفتار غيرخطي رأس پانتوگراف در زمان حركت قطار در سرعت هاي بالا مي‌باشد و اين رفتار غيرخطي قابل اغماض نمي‌باشد. براي اين منظور بايد در مدل ديناميكي راًس پانتوگراف، فنري غيرخطي جايگزين فنر خطي شود كه درنتيجه اين عمل باعث غيرخطي شدن ديناميك سيستم پانتوگراف و شبكه بالاسري مي‌شود. از طرفي، در ساختار شبكه بالاسري از سيم‌هايي به نام دراپر كه سيم حامل را به سيم تماسي متصل مي‌سازد، استفاده مي‌شود كه همين دراپرها منبعي براي جرم و فنر و ميرايي در شبكه بالاسري مي‌باشند و در طول هر دهانه تغيير مي‌كنند. بنابراين مدل ديناميكي شبكه بالاسري داري عدم قطعيت مي‌باشد. در اين پايان‌نامه هدف ثابت نگه‌داشتن نيروي تماسي بين پانتوگراف و سيم‌هاي برق شبكه بالاسري در يك سطح مطلوب با درنظر گرفتن عدم قطعيت براي شبكه بالاسري و مدل غيرخطي براي راًس پانتوگراف مي‌باشد. بنابراين، ابتدا ديناميك سيستم پانتوگراف به‌صورت غيرخطي مدل‌سازي شده و معادلات ديناميكي آن استخراج شده است. سپس كنترل كننده‌هاي ‌PI، مدلغزشي براي حالت بدون اغتشاش خارجي و كنترل كننده‌ي مدلغزشي – تطبيقي با وجود اغتشاش خارجي، طراحي گشته و پايداري سيستم اثبات شده است. در نهايت عملكرد كنترل كننده‌ها بر روي سيستم پانتوگراف با ملاحظات عملي شبيه‌سازي شده و مورد تاييد قرار گرفته است.

1396/03/12

1/1/1900 12:00:00 AM

Pantograph is one of the most important equipment of electric train which transferred power from the overhead catenary to train. Permanent connection of pantograph to the catenary, under all circumstances, is very important whose requirement is to keep contact force between the pantograph and power cables at desired level. To achieve this goal requires accurate model of the pantograph and catenary systems dynamics are provided. One thing that should be considered in dynamic modeling, nonlinear behavior of pantograph head and this nonlinear behavior is not negligible at high speed train. For this reason, alternative nonlinear spring with linear spring in linear dynamic model of pantograph, which as a result of this action is nonlinear dynamics of system. Dropper called a catenary structure of the wire used to connect the messenger wire to contact wire, which those droppers are act as a source of mass-spring-damper in the catenary and changed in the length of each span. Therefore catenary dynamics model is uncertainty. Purpose of this thesis are keeping contact force between pantograph and overhead catenary at desired level which considered uncertainty in catenary dynamics and nonlinearity in pantograph head dynamics. So at first the pantograph nonlinear dynamics is modeled and the dynamic equations are derived. Then PI and Sliding mode controllers are designed for system without disturbance and Adaptive-Sliding mode controller is designed for system with disturbance and then system stability is proved. Finally, the controllers performances on pantograph system are simulated with practical considerations and the results have been approved.