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基于鲁棒自适应控制的高速列车同步牵引研究
| 论文题名： | 基于鲁棒自适应控制的高速列车同步牵引研究 |
| 关键词： | 动力列车;牵引轮对;偏差补偿;同步控制 |
| 摘要： | 近几年，中国铁路迅猛发展，人们对列车运行安全平稳及节能的要求不断提高，动力分布式牵引给列车运行带来经济的同时也带来新的问题。列车主要驱动力来自牵引轮对的滚动，而分散在各节动力车厢的牵引轮对在实际复杂的环境中所受合力不同，导致牵引轮对间转动速度产生差异，影响各节车厢的轮对平稳运行。为跟随列车整体速度，个别轮对在运行期间发生空转和打滑现象。这些现象影响列车的安全平稳运行，严重者将导致列车安全事故的发生，所以保证列车牵引轮对间同步运行至关重要。 本文首先针对列车牵引轮对受外界干扰力矩差异及新加入的驱动电机参数摄动问题，建立更加精确的动力学模型。并借助滑模变结构控制方法分析导致列车牵引轮对不同步的原因，说明解决轮对间速度不一致问题的重要性。为此采用相邻交叉耦合同步控制方式实现对牵引轮对的双重控制，分别是跟随目标速度曲线控制和列车牵引轮对间同步运行控制，即跟随控制器和同步控制器。然后，基于已建立的模型设计跟随控制器，跟随控制器是控制牵引轮对跟随目标速度曲线运行。为实现更加精确跟随控制，设计干扰观测器，用观测器估计大部分干扰并对其直接抵消。对抵消估计干扰后缩小的速度误差进行鲁棒自适应补偿，从而提高跟随控制精度，降低速度误差波动范围。同时，因驱动电机参数发生未知变化，实际输出力矩与理想输出存在偏差，导致多牵引轮对间受合力不同，影响运行速度的一致性。因此结合相邻交叉耦合同步控制方式，设计基于鲁棒自适应的同步控制器。同步控制器是对某一牵引轮对与相邻两个牵引轮对的速度偏差做补偿，实现牵引轮对间同步运行。结合已设计的跟随控制器，用四个受不同扰动的牵引轮对模拟多轮对跟随和同步情况，并用MATLAB/Simulink仿真验证控制策略的有效性。最后，对比设计基于滑模变结构控制方法的跟随和同步控制器，实现多牵引轮对的同步运行，从理论和仿真的角度分析两种控制策略的优劣势。根据实际列车系统，模拟仿真基于鲁棒自适应控制的列车牵引轮对同步运行曲线，结果表明该控制策略可同时兼顾对目标曲线得跟随及牵引轮对间同步运行，减少轮对空转和打滑的发生，保证列车安全平稳运行，取得较满意的结果。 |
| 作者： | 范晓雷 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 宋永端 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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