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一种不依赖系统模型的控制方法及其在高速列车弓网系统中的应用
| 论文题名： | 一种不依赖系统模型的控制方法及其在高速列车弓网系统中的应用 |
| 关键词： | 高速列车;弓网系统;控制方法;PI控制器 |
| 摘要： | 近年来铁路事故频发，例如温州“7.23”，让我们更加清醒的意识到铁路系统安全有效运行的重要性。高速列车安全运行涉及到很多关键技术，弓网系统便是其一。高速列车动力来源于弓网系统，保证受电弓与接触网之间平稳接触是列车获得良好受流的重要条件。 弓网系统是一个动态耦合系统，二者之间通过接触力进行相互作用。接触压力过大，会导致接触线和受电弓的弓头滑板磨损，而当接触压力比较小时，接触的电阻增大会影响受流过程，可能会产生拉弧现象，严重影响受流效率。保证受电弓与接触网之间平稳接触，也即是令弓网间接触力保持恒定不变。而受电弓和接触网之间的接触力保持平稳是最佳的受流条件，但是现实情况中，弓网运行过程中要得到一个恒定的接触力是很难实现的。 主动控制受电弓成为目前世界各国都在努力研究的方向。通过主动控制技术对弓网系统的振动进行有效的抑制，使得弓网间接触压力保持在理想接触压力附近，提高受流质量、减小设备磨损。 目前大部分成果主要基于线性模型来进行控制器的设计，或者没有考虑弓网的相互作用，由于列车的弓网系统是一个复杂的耦合系统，并且受多种因素影响，因而简单的线性系统模型并不能为控制器的设计提供很好的信息。另外一方面，现有的大部分控制策略，太过依赖系统模型。实际上，系统在高速运行过程下，由于天气、隧道等原因导致系统有很多不确定性，同时高速情况下，弓网间的耦合作用会变得更加复杂，因此基于线性模型的控制器设计的实用意义并不大，但是为研究者提供了大量理论依据。很明显，为了改善弓网的主动控制问题，要从两方面入手，首先是考虑弓网耦合作用及外界不确定扰动，建立符合实际情况的非线性系统模型;其次运用非线性理论，设计对系统模型依赖程度不高的控制器。 本文首先分析不同类型的受电弓和接触网模型，从而建立了两自由度弓网系统非线性耦合模型。基于此模型，分析系统处于三种不同的环境下控制器的设计，从而提出不基于系统模型部分状态反馈的类PI控制器，该控制方案本质上是独立系统的模型，尽管在稳定性分析时用到模型信息，但是在控制器设计和实施的过程中不需要。该方案在系统存在未知信息和外部扰动的情况下，可以保持弓网平稳接触。控制器设计通过合理的假设，具有严格的理论证明，同时利用matlab进行仿真，结果证明此方法有效。此外，本文提出的两种控制器设计可以用于一大类存在不确定因素的非线性系统。 |
| 作者： | 李春慧 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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