高速列車的魯棒自適應及容錯控制.pdf

1、規(guī)?；焖侔l(fā)展高速鐵路是我國經(jīng)濟社會發(fā)展乃至國家安全的重大戰(zhàn)略需求，而列車的安全運行是高速鐵路建設和發(fā)展的根本前提。采用先進控制策略是確保高速列車在軌安全的有效途徑之一。本論文針對高速列車主動安全控制的關鍵問題——列車牽引與制動控制，研究如何通過（已有的）先進控制技術，構(gòu)建列車可靠牽引與制動容錯控制體系，使列車達到運行速度穩(wěn)定，停車精準，安全可靠。
　　論文核心工作包括建立考慮運行環(huán)境影響的列車動力學模型，研究列車運行中牽引（制動

2、）力與列車運行位移、運行速度以及加（減）速度的相互關系，分析列車系統(tǒng)的固有特性，結(jié)合速度與位移的跟蹤控制目標，利用先進控制理論建立有效的魯棒自適應及容錯牽引與制動控制策略。研究考慮了列車的高速運行空氣阻力和軌道環(huán)境附加阻力、牽引電機/制動裝置的飽和非線性特性、相鄰車廂間的車間力以及可能的執(zhí)行器/傳感器故障。
　　論文基于動力學原理，對列車系統(tǒng)進行了詳細的物理建模。論文分析了列車牽引與制動動態(tài)的不同，在列車單質(zhì)點與多質(zhì)點模型基礎上建

3、立了能夠反應列車牽引與制動特性的列車模型，并考慮了列車多級牽引與制動的實際狀況。同時，論文提出了一種新的“多質(zhì)點單位移”列車時域動態(tài)模型，其中考慮了輸入飽和、輸入非線性以及牽引/制動設備電路的不同結(jié)構(gòu)。該模型不僅能反映列車多質(zhì)點特性，同時可以刻畫車廂間的相互影響，并且模型維數(shù)低、結(jié)構(gòu)簡單。該模型的建立為分析設計有效的控制策略奠定了重要基礎。
　　論文針對高速列車固有的運行環(huán)境隨機時變、車廂間影響不可測、模型參數(shù)不確定、運行阻力系數(shù)

4、未知（甚至時變）以及可能出現(xiàn)的牽引/制動故障，考慮了列車模型不確定、參數(shù)時變、外部干擾、未知車間力、輸入非線性與飽和受限以及不確定的執(zhí)行器/傳感器故障對控制系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)地研究了列車牽引與制動跟蹤控制問題。為了解決列車系統(tǒng)參數(shù)以及阻力系數(shù)復雜時變的問題，論文提出了“虛擬參數(shù)”的概念，通過構(gòu)建含虛擬參數(shù)估計誤差的Lyapunov函數(shù)，結(jié)合先進控制方法，建立了可靠的高速列車魯棒自適應及容錯控制方案，實現(xiàn)了不依賴各種未知系統(tǒng)參數(shù)、列車阻力系

5、數(shù)、精確故障信息以及車間力信息的魯棒自適應牽引/制動容錯控制，確保列車在正常或者出現(xiàn)牽引/制動故障時安全可靠運行。與目前列車系統(tǒng)廣泛采用的冗余技術與故障診斷策略不同，論文通過分析和提取系統(tǒng)關鍵信息（核心特征），實現(xiàn)了對牽引與制動設備故障及其它不確定因素的實時有效補償，在魯棒性和自適應性得到保證的同時，還省去了精確故障檢測和診斷環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了列車全局可靠主動容錯控制，是一種從“故障后被動處理”到“故障前主動預防”機制上的根本改變。相關控制方