详情

原文传递高速铁路列车容错控制

论文题名：	高速铁路列车容错控制
关键词：	高速列车;容错控制;非线性特性;故障处理
摘要：	经过十余年的铁路大提速及高速铁路建设，中国已经形成了以“高铁”为标志的高速铁路网络。与传统低速列车相比，发生相同故障时，时速300公里的高速列车会带来更加严重的危害，因此，故障下的高速列车运行控制问题已经成为轨道交通领域的研究热点。　　本文首先针对高速列车动力学模型的不确定性与运行阻力带来的非线性特性，以及牵引/制动系统可能发生的一系列故障，分别建立了不同故障条件下高速列车的多质点动力学模型。在此基础上，分别针对不同工况研究相应的高速列车容错控制问题，最终针对更具一般性的高速列车工况，设计了具有广泛适用性的高速列车容错控制器。本文主要研究内容及创新成果如下: 　　首先，针对高速列车线性模型中参数已知，且牵引/制动系统电气或机械模块发生了恒偏差或恒倍差故障，设计了高速列车被动容错控制器，进行了仿真验证，并给出了系统稳定性的理论证明;在此基础上，针对参数已知但存在不确定性，且牵引/制动系统电气或机械模块发生了恒偏差或恒倍差故障时，设计了高速列车鲁棒容错控制器，进行了仿真验证，并给出了系统稳定性的理论证明。　　其次，针对高速列车线性模型中部分参数未知，且牵引/制动系统电气或机械模块发生了叠加时变扰动的未知恒偏差故障，设计了相应的高速列车容错控制器。首先，为了消除高速列车容错控制器在切换时出现的不连续，在神经网络模块中加入平滑切换函数，得到高速列车故障诊断模块。然后，在自适应控制器中加入约束项，设计了高速列车保性能容错控制器，仿真结果表明高速列车的位置与速度跟踪误差能够满足预先设定的要求。最后，给出了系统稳定性的理论证明。　　然后，针对高速列车非线性模型中运行阻力的非线性特性，且牵引/制动系统的电气或机械模块发生了叠加时变扰动的未知恒偏差输出故障，设计了相应的高速列车容错控制器。首先，利用状态观测器，得到了未出现故障时高速列车位置与速度跟踪误差的最大值的估计，作为故障诊断的指标。基于浸入与不变理论，设计了一系列的自适应参数估计器，在此基础上，根据故障状况切换高速列车自适应参数估计器，进而得到了浸入与不变容错控制器。仿真结果表明高速列车的位置与速度跟踪误差能够收敛到有限界内。最后，给出了系统稳定性的理论证明。　　最后，针对包含了前述三种情形的更复杂工况，即高速列车非线性模型中列车设计参数未知，且牵引/制动系统电气或机械模块发生了带有未知参数的跳变倍差故障，设计了相应的高速列车容错控制器。首先，通过加入P（x）单调，简化了β(x)求取过程，设计了故障诊断模块。然后，对于高速列车中同时存在跳变倍差故障以及牵引系统饱和的情况，设计了高速列车直接自适应容错控制器。仿真结果表明高速列车的位置与速度跟踪误差能够收敛到有限界内。最后，给出了系统稳定性的理论证明。
作者：	陶涛
专业：	交通信息工程及控制
导师：	徐洪泽
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文