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研究生: 張家瑋
Chang, Chia-Wei
論文名稱: 以系統識別法之自回歸滑動平均模型估算軌道不整
Assessment of Track Irregularities with Auto-regressive Moving Average Model of System Identification
指導教授: 郭振銘
Kuo, Chen-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 軌道不整SIMAPCK系統識別MATLAB system Idetification Toolbox
外文關鍵詞: track irregularities, SIMPACK, system identification, MATLAB system Idetification Toolbox
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  • 在公路運輸系統完整發展後,台灣開始悄悄地走入軌道列車運輸的新紀元,而軌道鋪設的總長不斷增加也為軌道檢測面臨更多考驗。本研究希望能為軌道不整帶來新的檢測方法,來提升軌道檢查工作的效率。
    利用MATLAB System Identification toolbox的系統識別法,將SIMPACK模擬出的車體反應和軌道不整做為系統輸入和系統輸出,建立出車體垂向位移和軌道高低不整間的系統模型。以不同軌道譜參數所產生的軌道不整為案例,探討於現地隨機狀況之軌道不整下,輸入車體反應給此系統模型,是否能有效的推算出軌道高低不整,而以系統模型推算出的軌道高低不整和原始軌道高低不整做相關性分析來驗證。
    研究成果說明,車體垂向位移和軌道高低不整間之系統識別模型,於推算軌道高低不整的效果不錯,對於隨機波形之軌道高低不整的推算值與原始值有高達0.9以上的相關性,且皆適用於高干擾軌道不整和低干擾兩種情況之軌道高低不整,但須考慮現地軌道不整之組成頻率內涵的多寡。

    The transportation system in Taiwan has been moving into a new era as construction and operation the Taiwan high speed rail and metro rapid transit systems in several main cities. Maintenance of track quality becomes an important issue to ensure safety and comfort. This study proposes a correlated model between track irregularities and train displacements to enhance the efficiency of track evaluation.
    The System Identification Toolbox of MATLAB was applied to explore relationships between the track irregularity input and the dynamic responses of the car-body simulated by SIMPACK. The model identified by the MATLAB Toolbox was then validated with several simulated cases for track conditions of different parameters. The coefficients of correlation between the estimated irregularities and the target values are satisfactory. It was concluded that the simulated model of the system is capable of evaluating the track irregularities with recorded accelerations in carbody. Coefficients of correlation are more than 0.9 in the cases of random waveform and high/low power density of track irregularities, while must make sure of number of frequencies in the field test is lower than correlated model’s setting.

    目錄 摘要………………………………………………………………………………...I Extend Abstract…………………………………………………………....II 目錄……………………...………………………………………………….........V 誌謝…………………………………………………………………………….…VI 表目錄………...…………………………………………………….........VIII 圖目錄………………………...……………………………………………...…IX 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 3 1.4 研究流程 6 第二章 軌道不整與軌道譜介紹 8 2.1 軌道不整種類 8 2.2 軌道不整功率密度譜 10 2.3 各國軌道譜 12 第三章 SIMPACK車輛軌道模型參數設定及建立 15 3.1 SIMPACK9.1.1軟體介紹 15 3.2 車輛軌道模型建立及參數設定 16 3.2.1 車輛模型及其參數設定 16 3.2.2 軌道模型建立及軌道不整參數設定 20 3.3 模擬方法及資料匯出 22 第四章 頻域數值積分於加速度資料處理方法 23 4.1 數值積分法 23 4.1.1 時間域數值積分法 23 4.1.2 頻率域數值積分法 24 4.2 積分結果呈現 26 第五章 系統識別法基本理論 28 5.1 系統識別簡介 28 5.2 描述系統的差分方程式及其參數推導 29 5.2.1 描述系統之差分方程及其轉移函數 29 5.2.2 自我回歸滑動平均模型之系統參數推導 31 5.3 系統模型之穩定性確認 34 第六章 車體位移-軌道不整之系統識別 36 6.1 MATLAB System Identification Toolbox介面及操作 36 6.2 車體垂向位移-軌道高低不整之系統模型及其參數 43 6.3 車體垂向位移-軌道高低不整之系統模型穩定性 44 第七章 車體位移-軌道不整之系統識別模型驗證 45 7.1 系統模型驗證之案例分析 45 7.2 系統模型驗證之案例分析結果與比較 53 第八章 結論 64 參考文獻 66 附錄一 67 附錄二 73

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