Inverse identification problem - application to wheel-rail contact force measurements

An overview of loading forces identification technique is presented in the paper. The methods are classified into three main categories: deterministic methods, stochastic methods, and artificial intelligence-based methods. The methods are based on solution of inverse identification technique. Indicated above identification methods can be used for systems which are linear but not for non-linear ones. For both linear and nonlinear systems, methods based on minimisation of given objective function can be employed. Mainly the least square error between simulated and measured system response is used as objective function in this identification method. The dynamic programming optimisation method formulated by Bellman is commonly used for minimisation of objective function to estimate excitation forces. The load identification problems in most of practical cases are ill-conditioned problems because of not of state variabIes or initial conditions are not known. The ill-conditioned inverse identification problems can be solved using several techniques. The most useful are the following: generalised cross-validation method, dynamic programming technique and Tikhonov's method. The inverse identification techniques are based on assumed objective function optimisation methods. The theoretical background and main limits of the applications are discussed. Authors implement, in Matlab package, the chosen methods. The numerical and experimental tests on laboratory rig have been done to verify formulated approaches. Application of the method for identification of wheel-rail contact forces is presented. The method can be applied for indirect measurements of contact forces in railway equipment testing.

---

W pracy zajęto się zagadnieniem identyfikacji sił w układzie dynamicznym. Metody zajmujące się tym zagadnieniem można zakwalifikować do trzech grup: metody deterministyczne, metody stochastyczne, metody bazujące na tzw. sztucznej inteligencji. Metody te są podstawą w rozwiązywaniu odwrotnych zagadnień identyfikacji. Wymienione metody mogą być wykorzystane w przypadku układów liniowych, jak i nieliniowych. W obydwu przypadkach w metodach tych zadania identyfikacji rozwiązywane są z wykorzystaniem metod optymalizacyjnych, głównie metodą z wykorzystaniem błędu średniokwadratowego pomiędzy wynikami uzyskanymi z symulacji i pomiarów na rzeczywistym obiekcie. Zagadnienia odwrotnej identyfikacji w praktycznych przypadkach należą do grupy problemów źle uwarunkowanych z uwagi na brak w postaci jawnej zmiennych stanu lub nieznanych warunków początkowych. W takich przypadkach zagadnienia te są rozwiązywane z wykorzystaniem techniki programowania dynamicznego lub metody Tikhonova. W artykule przedstawiono rozważania ogólne, wyniki symulacji, wyniki badań eksperymentalnych w zastosowaniu do problemu bezpośredniej identyfikacji sił kontaktowych występujących w układzie koło-szyna.