Ensayos Hardware-in-the-Loop de pantógrafos con modelos de catenaria realistas

Resumen

En los últimos años los ensayos Hardware-in-the-Loop (HiL) de pantógrafos han centrado el foco de diversos trabajos de investigación debido al elevado potencial que presenta esta técnica para poder sustituir determinados ensayos en vía. Esta metodología se basa en la interacción del pantógrafo real con un modelo numérico de la catenaria. Así pues, en un banco de ensayos HiL, se mide la fuerza aplicada sobre los frotadores del pantógrafo, la cual se aplica al modelo numérico de catenaria. A continuación, se obtiene la respuesta dinámica de la catenaria ante esta fuerza y, finalmente, el lazo se cierra imponiendo el desplazamiento vertical del hilo de contacto calculado a los frotadores del pantógrafo por medio de un actuador lineal. Este proceso se repite cada 2 milisegundos.
Dicha restricción de tiempo real supone tener que recurrir a un modelo de catenaria que por un lado sea lo suficientemente realista para describir el comportamiento dinámico de dicho sistema y, por otro, se pueda resolver lo suficientemente rápido como para aplicarse en ensayos HiL. Debido a esta limitación, en la bibliografía se encuentran modelos de catenaria simplificados para este tipo de ensayos. Habitualmente se trata de tramos cortos, de unos pocos vanos, con alguna condición de contorno especial, como por ejemplo de periodicidad.
En este trabajo se propone la aplicación de ensayos HiL de pantógrafos en tiempo real con un modelo de catenaria de elementos finitos, realista, que incluye dos cantones completos con seccionamiento. Además, para representar más fidedignamente el estado de una catenaria instalada, en el modelo de catenaria se incluyen errores de montaje de longitud de péndolas y altura de los soportes. Los resultados obtenidos de fuerza de contacto y elevación del punto de contacto se comparan con medidas experimentales en vía, obteniendo un grado de similitud muy elevado, lo cual da validez a los ensayos HiL realizados.