基于輸入約束在線辨識的高速列車主動粘著防滑牽引控制.pdf

1、近年來，構(gòu)建安全、舒適、高效的列車客運系統(tǒng)成為高速鐵路的重要發(fā)展方向，高速列車運行安全保障問題逐漸顯現(xiàn)并受到關注。牽引系統(tǒng)作為高速列車關鍵子系統(tǒng)之一，其穩(wěn)定性及粘著防滑性能直接影響列車運行安全。因此，牽引控制和粘著防滑控制是牽引系統(tǒng)中與列車運行安全相關的關鍵環(huán)節(jié)。本文針對這兩個環(huán)節(jié)有機結(jié)合的問題，建立了基于粘著防滑約束的高速列車動力學模型;提出了基于支持向量機的高速列車車輪空轉(zhuǎn)預測方法;并設計了基于空轉(zhuǎn)預測器的高速列車主動粘著防滑牽引控

2、制策略。本文主要包括以下幾部分:
　　首先，從粘著理論入手，深入分析粘著防滑控制對牽引控制過程的作用規(guī)律，研究粘著防滑約束條件在列車模型中的等價形式，建立了基于粘著防滑約束的高速列車動力學模型。由此，兩環(huán)節(jié)有機結(jié)合的問題轉(zhuǎn)變?yōu)榛谡持阑s束的牽引控制問題，即帶有輸入約束的控制問題。
　　然后，為保證輪軌具有主動粘著防滑性能，研究如何實現(xiàn)車輪空轉(zhuǎn)預測?？紤]到車輪空轉(zhuǎn)常伴隨著列車某些狀態(tài)的明顯變化，把車輪空轉(zhuǎn)檢測問題轉(zhuǎn)化為基于

3、支持向量機的區(qū)分車輪狀態(tài)的分類問題;利用空轉(zhuǎn)辨識最優(yōu)超平面與粘著特性曲線峰值點的對應關系，通過適當平移最優(yōu)超平面，提出了基于支持向量機的高速列車車輪空轉(zhuǎn)預測方法，并通過兩種具體方法實現(xiàn)。預測方法在空轉(zhuǎn)發(fā)生前發(fā)出車輪具有空轉(zhuǎn)趨勢的信號，并且不依賴粘著特性曲線的擬合。在MATLAB中，一系列實驗證明了空轉(zhuǎn)預測方法的有效性，并構(gòu)建了廣泛適用的空轉(zhuǎn)預測模型。
　　同時，基于列車動力學模型和車輪空轉(zhuǎn)預測模型，針對高速列車主動粘著防滑牽引控制

4、問題進行研究與設計。通過把空轉(zhuǎn)預測模型與相關控制策略相結(jié)合，兩環(huán)節(jié)有機結(jié)合的問題最終轉(zhuǎn)化為基于主動粘著防滑約束的牽引控制問題。針對此問題，提出了由牽引控制和基于空轉(zhuǎn)預測器的主動粘著防滑控制兩部分組成的主動粘著防滑牽引控制策略。根據(jù)牽引轉(zhuǎn)矩限制方法的不同，即模型中在線辨識動態(tài)輸入約束方法的不同，設計了兩種控制策略。通過簡單雙環(huán)控制策略驗證控制策略基本方法的可行性;針對補償牽引轉(zhuǎn)矩可能出現(xiàn)的問題，設計了魯棒自適應控制策略。利用李雅普諾夫方程