基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的高速列車運(yùn)行控制算法研究.pdf

1、近年來(lái)，安全、高效、舒適和環(huán)保成為高速鐵路的發(fā)展方向，列車對(duì)運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性的要求也不斷提高。針對(duì)高速列車運(yùn)行速度高、行駛里程長(zhǎng)及外部環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)對(duì)速度曲線追蹤和粘著防滑的性能將直接關(guān)系到高速列車安全高效地運(yùn)行。在運(yùn)行環(huán)境良好時(shí)，列車通過(guò)牽引控制實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)速度曲線的精確跟蹤;當(dāng)運(yùn)行環(huán)境惡劣時(shí)，粘著防滑控制成為列車安全運(yùn)行的保證。因此，如何在不同的外部環(huán)境因素影響下，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車安全、穩(wěn)定運(yùn)行成為高速列車領(lǐng)域的重要研究課

2、題。本文基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，對(duì)列車運(yùn)行過(guò)程中的牽引控制問題和最大粘著控制問題進(jìn)行了如下研究:
　　首先，研究基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的列車速度曲線跟蹤控制問題。列車處于良好的線路條件運(yùn)行時(shí)，以精確跟蹤目標(biāo)速度曲線為控制目標(biāo)。構(gòu)建單質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型。將運(yùn)行過(guò)程中所受的基本阻力、坡道阻力和曲線阻力等當(dāng)作“總干擾”，利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)該干擾進(jìn)行估計(jì)，設(shè)計(jì)列車速度曲線跟蹤的前饋控制算法。使用遺傳算法優(yōu)化觀測(cè)器參數(shù)。仿真結(jié)果表明，在良好的線路條件

3、和時(shí)變環(huán)境等仿真場(chǎng)景下，基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的列車速度曲線跟蹤控制算法具有較好的跟蹤效果和較高的抗干擾性。
　　其次，研究基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的列車滑移率滑?？刂茊栴}。針對(duì)行車區(qū)域內(nèi)某段軌面條件發(fā)生變化的情況，在精確跟蹤目標(biāo)速度曲線的同時(shí)，將滑移率參數(shù)加入模型中。建立基于滑移率與粘著系數(shù)的列車單質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型。改進(jìn)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器中非光滑函數(shù)，結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制快速響應(yīng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)列車滑移率滑模控制算法。仿真結(jié)果表明，在良好線路條件、時(shí)

4、變環(huán)境和軌面條件變化等仿真場(chǎng)景下，基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的列車滑移率滑?？刂颇軌?qū)δ繕?biāo)速度曲線進(jìn)行較好跟蹤，并可將列車滑移率有效保持在允許范圍內(nèi)，同時(shí)有較高的抗干擾性。
　　最后，研究基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的粘著力最大控制問題。當(dāng)列車處于風(fēng)霜雨雪等惡劣的外部環(huán)境運(yùn)行時(shí)，以粘著力最大作為控制目標(biāo)。根據(jù)粘著系數(shù)和滑移率的關(guān)系模型，設(shè)計(jì)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的類超螺旋控制算法。證明該算法的穩(wěn)定性和邊界收斂性。針對(duì)最優(yōu)滑移率與模型參數(shù)均未知的情況，運(yùn)