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高速列车半主动悬挂自适应容错控制方法的研究
| 论文题名： | 高速列车半主动悬挂自适应容错控制方法的研究 |
| 关键词： | 高速列车;半主动悬挂系统;自适应容错控制;自适应调节能力;容错能力 |
| 摘要： | 快速发展的高铁是我国经济社会发展以及国家的重大战略需求，然而列车的运行安全是建设与发展铁路的前提，采用先进的控制技术是确保安全运行的重要途径之一。近几年来，车速的提高，轨道的不平顺等导致列车振动不断加剧，严重降低了列车的稳定性和乘客的舒适性体验。针对这种情况，本文提出了自适应容错Proportion Differentiation(PD)控制方法，有效减弱了列车的振动。本文主要的工作内容如下: 首先是建立了高速列车的半主动悬挂系统模型。介绍了列车的振动方式和振动类型，然后对振动的分析建立了列车的车体，转向架，车轮的横移、摇头、侧滚振动的九个自由度的系统动力学模型，模型中考虑了列车部件参数的时变性和轨道平面、运行环境不确定性等带来的外部扰动，这对控制列车的稳定性带来了挑战。 其次是自适应PD控制策略的设计。针对建立的九个自由度的半主动悬挂系统模型，研究与设计了自适应PD控制策略，在控制算法设计中，引入了符号矩阵Ⅳ，解决了系统模型中增益矩阵B的非对称正定带来的问题;然后应用Lyapunov稳定性理论，对所设计的控制系统进行了稳定性证明和分析;最后通过MATLAB数值仿真实验验证了所设计的控制器具有良好的减振性能。 然后是自适应容错PD控制策略的研究与设计。由于列车运行过程中线路以及周边环境存在诸多未知的变化，执行器可能出现故障，于是基于执行器故障建立了相应的系统动力学模型;在此基础上，设计了自适应容错PD控制策略;然后选取了合适的Lyapunov函数进行稳定性证明与分析;最后MATLAB仿真验证了此算法的有效性。此控制算法不仅保留了传统PD控制结构简单，成本低的优点，还无需人为估计参数，可以自动调节参数，且不依赖于精确的系统模型，可以控制非线性系统，有很好的鲁棒性和容错能力，有效地调节和抑制了列车的振动，保障了列车的平稳运行，有很高的使用价值。 最后对提出的自适应容错PD控制方法策略与传统PD方法进行了对比。选取绝对误差积分Integrated Absolute Error(IAE)为性能指标，对设计的自适应容错PD控制方法策略和传统PD方法进行了MATLAB仿真，仿真结果表明，提出的自适应容错PD控制方法具有很好的容错能力和自适应调节能力，表现出较理想的控制性能。 |
| 作者： | 袁晓春 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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