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原文传递 CRH动车组车速网络化控制

论文题名：	CRH动车组车速网络化控制
关键词：	动车组;网络化控制;时变时滞;鲁棒性;控制器
摘要：	CRH动车组车速的网络化控制是动车组实现自动控制的核心与关键。自动控制系统能够利用动车组的型号参数、铁轨路况、实时速度和调度要求，合理计算出需要施加于动车组的牵引力和制动力，以此来改变动车组的运行速度，从而达到安全、准时、舒适和节能的运行目标。本文中针对CRH动车组，建立了动车组单质点和多质点速度控制动力学模型，并设计了两种CRH动车组的车速控制器，最后通过算例仿真证明了稳定性定理。　　本文主要的研究内容如下：　　(1)以CRH动车组的整列车厢为研究对象，考虑整节车厢受到的牵引力和制动力，建立了动车组速度控制系统单质点的计算模型，并描述了单质点模型的优缺点。设计适当的控制器，给出闭环系统的稳定性定理，满足系统的稳定性要求，通过仿真计算证明控制效果。　　(2)以CRH动车组的每节车厢为研究对象，考虑了机械阻力的时变时滞以及气动阻力的非线性，建立了CRH动车组车速控制系统的多质点模型，强调了多质点模型的特点。为了处理动车组参数不确定性问题，提出了凸组合顶点多胞模型。设计出符合性能要求的控制器，借助Lyapunov函数给出被控系统的稳定性定理，确保被控系统满足的稳定性要求，最后通过仿真验证了该控制器的控制效果。　　(3)针对所提出的动车组多质点顶点多胞模型，设计了时滞相关的状态反馈控制器。通过理论推导得出了闭环系统时滞相关的稳定性定理，并构造出时滞依赖的指数型Lyapunov-Krasovskii泛函，证明了动车组速度控制闭环系统的指数稳定性，最后通过仿真验证了控制器的控制效果，并且与CRH动车组参考运行的速度跟踪轨迹做对比分析，结果表明该状态反馈控制器可以使列车基本上按照参考速度平稳运行。　　(4)针对所提出的动车组多质点顶点多胞模型，设计了一个鲁棒H2/H∞控制器。通过理论推导得出了闭环控制系统时滞相关的稳定性定理，构造了具有二重积分的指数型Lyapunov-Krasovskii泛函，证明了被控系统的指数稳定性。通过仿真计算验证鲁棒H2/H∞控制器的性能，并且与状态反馈控制器做了对比分析，结果表明了鲁棒H2/H∞控制器的控制效果更好。
作者：	姬娟娟
专业：	机械制造及其自动化
导师：	崔彦良
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022