機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制研究.pdf

1、機(jī)車黏著優(yōu)化控制是充分挖掘輪軌黏著潛力和提高輪軌黏著性能、以使機(jī)車發(fā)揮最大牽引/制動(dòng)能力的有效措施，對(duì)于提高鐵路運(yùn)輸能力、乃至保證行車安全至關(guān)重要。以獲取輪軌間最優(yōu)黏著利用為目的的機(jī)車黏著優(yōu)化控制問題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)最優(yōu)化控制問題，基于優(yōu)化控制理論，建立能夠定量評(píng)價(jià)黏著優(yōu)化控制品質(zhì)的性能指標(biāo)函數(shù)成為解決機(jī)車黏著優(yōu)化控制問題的首要任務(wù)，而現(xiàn)有機(jī)車黏著控制的相關(guān)研究對(duì)此卻鮮有涉及;此外，由于機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)具有大慣性和非線性特點(diǎn)，以及輪軌間黏著特性

2、復(fù)雜多變的不確定性和強(qiáng)非線性，難以精確得到被控系統(tǒng)的解析模型，使得基于精確數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化控制問題求解方法無法解決機(jī)車黏著優(yōu)化控制問題，有關(guān)不依賴于系統(tǒng)精確數(shù)學(xué)模型的機(jī)車黏著控制策略研究一直備受研究者們的關(guān)注。
　　本文主要利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制等智能控制方法不依賴精確數(shù)學(xué)模型、可適應(yīng)較差建模非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，將其與群體智能優(yōu)化算法相結(jié)合，對(duì)機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制理論和方法進(jìn)行了探索和研究。本文的主要工作如下:
　　(1

3、)為了實(shí)現(xiàn)機(jī)車黏著優(yōu)化控制品質(zhì)的量化評(píng)價(jià)及降低控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)者主觀經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的依賴，研究了機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制性能指標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中控制器和濾波器環(huán)節(jié)的智能優(yōu)化算法配置問題。建立了機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制性能指標(biāo)函數(shù)，給出了不同工況下機(jī)車黏著優(yōu)化控制性能指標(biāo)函數(shù)的具體表現(xiàn)形式;提出了動(dòng)態(tài)多子群引力搜索算法和灰聚類多子群自適應(yīng)粒子群算法，完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的優(yōu)化選擇、以及所建立的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)所含混合噪聲（高斯噪聲和沖擊噪聲）的非

4、線性Volterra濾波器模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確認(rèn)及優(yōu)化求解。
　　(2)針對(duì)難以解析求解的機(jī)車黏著優(yōu)化控制問題，基于優(yōu)化控制理論，將本文所提出的群體智能優(yōu)化算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制等智能控制方法相結(jié)合，提出了機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制策略以實(shí)現(xiàn)牽引和制動(dòng)工況下的機(jī)車黏著優(yōu)化控制。設(shè)計(jì)了機(jī)車黏著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和模糊控制器，并基于本文所建立的性能指標(biāo)函數(shù)定義適應(yīng)度函數(shù)（即尋優(yōu)目標(biāo)），在尋優(yōu)目標(biāo)的引導(dǎo)下，采用本文所提出的群體智能優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)

5、了控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整，使其最終收斂到最優(yōu)解，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了機(jī)車黏著優(yōu)化控制品質(zhì)的定量評(píng)價(jià)。
　　(3)為了實(shí)現(xiàn)輪軌黏著狀態(tài)優(yōu)化與牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)整之間的最優(yōu)匹配，對(duì)結(jié)合牽引電機(jī)全速域直接轉(zhuǎn)矩控制策略的機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制進(jìn)行了探索和研究，提出了結(jié)合直接轉(zhuǎn)矩控制的機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制策略。采用機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制算法計(jì)算產(chǎn)生可獲得最優(yōu)黏著利用的理想給定轉(zhuǎn)矩（牽引轉(zhuǎn)矩/制動(dòng)轉(zhuǎn)矩），以此作為牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)依據(jù)，并采用全速域直接

6、轉(zhuǎn)矩控制策略動(dòng)態(tài)調(diào)整牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩快速達(dá)到給定值，使得當(dāng)前輪軌工作位置快速趨近輪軌最佳工作點(diǎn)，從而獲得最優(yōu)黏著利用。
　　(4)為了驗(yàn)證本文所提出的機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制策略及性能指標(biāo)函數(shù)的可行性和有效性，利用硬件在回路仿真技術(shù)進(jìn)行機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所建立的機(jī)車黏著優(yōu)化控制性能指標(biāo)函數(shù)是正確的、可行的，可以有效評(píng)估機(jī)車黏著智能優(yōu)化控制的品質(zhì);利用本文所提出的動(dòng)態(tài)多子群引力搜索算法優(yōu)化后的引力搜索高斯徑