基于擴張狀態(tài)觀測器的高速列車運行控制算法研究.pdf

1、近年來，安全、高效、舒適和環(huán)保成為高速鐵路的發(fā)展方向，列車對運行環(huán)境的適應性的要求也不斷提高。針對高速列車運行速度高、行駛里程長及外部環(huán)境復雜等特點，列車運行控制系統(tǒng)對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行。在運行環(huán)境良好時，列車通過牽引控制實現(xiàn)對目標速度曲線的精確跟蹤;當運行環(huán)境惡劣時，粘著防滑控制成為列車安全運行的保證。因此，如何在不同的外部環(huán)境因素影響下，實現(xiàn)對列車安全、穩(wěn)定運行成為高速列車領(lǐng)域的重要研究課

2、題。本文基于擴張狀態(tài)觀測器，對列車運行過程中的牽引控制問題和最大粘著控制問題進行了如下研究:
　　首先，研究基于擴張狀態(tài)觀測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行時，以精確跟蹤目標速度曲線為控制目標。構(gòu)建單質(zhì)點動力學模型。將運行過程中所受的基本阻力、坡道阻力和曲線阻力等當作“總干擾”，利用擴張狀態(tài)觀測器對該干擾進行估計，設(shè)計列車速度曲線跟蹤的前饋控制算法。使用遺傳算法優(yōu)化觀測器參數(shù)。仿真結(jié)果表明，在良好的線路條件

3、和時變環(huán)境等仿真場景下，基于擴張狀態(tài)觀測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，研究基于擴張狀態(tài)觀測器的列車滑移率滑?？刂茊栴}。針對行車區(qū)域內(nèi)某段軌面條件發(fā)生變化的情況，在精確跟蹤目標速度曲線的同時，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)點動力學模型。改進擴張狀態(tài)觀測器中非光滑函數(shù)，結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制快速響應的特點，設(shè)計列車滑移率滑?？刂扑惴ā７抡娼Y(jié)果表明，在良好線路條件、時

4、變環(huán)境和軌面條件變化等仿真場景下，基于擴張狀態(tài)觀測器的列車滑移率滑?？刂颇軌?qū)δ繕怂俣惹€進行較好跟蹤，并可將列車滑移率有效保持在允許范圍內(nèi)，同時有較高的抗干擾性。
　　最后，研究基于擴張狀態(tài)觀測器的粘著力最大控制問題。當列車處于風霜雨雪等惡劣的外部環(huán)境運行時，以粘著力最大作為控制目標。根據(jù)粘著系數(shù)和滑移率的關(guān)系模型，設(shè)計基于擴張狀態(tài)觀測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。針對最優(yōu)滑移率與模型參數(shù)均未知的情況，運