基于控制器匹配的高速列車廣義預(yù)測控制方法.pdf

1、高速列車通常都是采用的動車組形式運行，而受到復(fù)雜的各種因素影響，動力學(xué)模型通常表現(xiàn)有非線性和劇變特性。高速列車運行速度不斷地提高，高速列車的非線性特征表現(xiàn)地越來越明顯，通常描述中低速列車運行控制方法的動態(tài)過程，對于高速列車已經(jīng)不能有效使用。所以，研究高速列車有效的動態(tài)運行控制算法，進而根據(jù)控制算法設(shè)計出有效的控制器，對于實現(xiàn)高速列車安全、穩(wěn)定、高效運行有十分重大的研究意義。本論文的具體研究情況如下：
　　針對高速列車的實際運行過程

2、，普通廣義預(yù)測控制器在列車控制過程中不能修改控制器參數(shù)，以至列車運行中遇到外界未知干擾時影響控制精度和穩(wěn)定性。本文采用基于控制器匹配的廣義預(yù)測控制（GPC）調(diào)優(yōu)方法，以達到經(jīng)過調(diào)優(yōu)的GPC與H∞輸出反饋控制器（最優(yōu)控制器）具有相同的控制效果，并獲取 GPC調(diào)優(yōu)參數(shù)，實現(xiàn)高速列車速度跟蹤運行過程的自動控制。由高速列車實際運行過程所建立的模型參數(shù)具有隨時間變化而變化的特點，采用基于控制器匹配的高速列車廣義預(yù)測控制方法，不僅具備自適應(yīng)建模，還

3、有同步調(diào)優(yōu)控制器參數(shù)的作用，因此，對于高速列車實際運行過程速度跟蹤，要研究并設(shè)計出相應(yīng)的控制器對其進行控制。本文采用基于控制器匹配的廣義預(yù)測控制（GPC）調(diào)優(yōu)方法，以達到經(jīng)過調(diào)優(yōu)的 GPC與輸出反饋控制器（最優(yōu)控制器）具有相同的控制效果，并獲取 GPC調(diào)優(yōu)參數(shù)，設(shè)計基于控制器匹配的高速列車廣義預(yù)測控制器實現(xiàn)高速列車運行自動控制。首先廣義預(yù)測控制與最優(yōu)控制器匹配，通過最優(yōu)控制器控制律的函數(shù)各自系數(shù)列出方程，獲得廣義預(yù)測控制增益；然后在獲得

4、廣義預(yù)測控制增益的基礎(chǔ)上，將目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題，使用線性矩陣不等式（LMI）方法，求得廣義預(yù)測控制的調(diào)優(yōu)參數(shù)。而廣義預(yù)測控制器能夠自適應(yīng)建模參數(shù)并與控制器模型匹配，控制器模型匹配，避免模型參數(shù)失配，進而能夠?qū)刂破髂Ｐ偷姆€(wěn)定性起到保證，最終實現(xiàn)高速列車對給定速度精確跟蹤的效果。仿真結(jié)果表明 GPC和最優(yōu)控制器能夠很好地匹配，且基于控制器匹配的高速列車廣義預(yù)測控制效果十分有效，在遇到外界一些未知干擾時，仍能夠確保高速列車安全、穩(wěn)定地