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基于力观测器的高速列车牵引及粘着控制研究
| 论文题名： | 基于力观测器的高速列车牵引及粘着控制研究 |
| 关键词： | 高速列车;牵引控制;粘着控制;力观测器 |
| 摘要： | 在我国高速铁路路网规模大、跨度广，沿线复杂的地形、地质、气候等客观条件下，列车运行环境随着车速的提升变得越来越复杂多变。保证列车在这种高速度远距离条件下安全平稳运行，本质上取决于施加在列车上各种力的产生机理、变化过程、相互作用及控制效果。 本文主要分为下面几个部分: 首先进行了高速列车受力分析和轮轨粘着基本理论研究:分别详细介绍了列车牵引力、制动力、运行阻力的产生原因、组成结构及影响因素;从微观角度分析了轮轨粘着过程;阐述了轮轨粘着特性及其主要影响因素。 进而分别建立了单位移多质点的高速列车纵向动力学模型和车速影响下的三维轮轨粘着数学模型，该类模型考虑了车间作用力、列车运行阻力、轮轨气垫效应等非线性因素，更贴近系统的实际运行状况。基于该类模型，提出一种基于力观测器的牵引控制方法，研究了基于双力观测器和基于合力观测器两种方案，其基本原理是利用干扰观测器原理设计出粘着力观测器、干扰力观测器及合成力观测器，以得到粘着力估计值、干扰力估计值及合成力估计值，将估计值引入控制过程，形成力层面的闭环反馈控制，保证顶层粘着力指令值满足牵引控制要求，底层粘着力按指令值得以最终实施，实现在克服非线性的列车运行阻力、车厢间作用力和时变的轮轨粘着条件等扰动下高精度跟踪牵引目标速度曲线。 在粘着控制研究中，基于单轴动力学模型提出一种新型的主动粘着控制方法，其基本工作原理是:基于全维状态观测器原理设计出粘着力矩观测器，采用粘着力矩估计值和变步长算法实时计算出自适应限制转矩，利用该转矩对牵引电机输出转矩进行在线动态监控。与以往的粘着控制方法相比，该方法能在无需获取车体速度和轮轨表面信息的前提下，以事先预防而非事后补偿机制实现良好的主动粘着控制。在应对难以处理的轨面突变为低粘着条件问题时，该方法能快速有效地抑制空转现象，并在系统恢复稳定后实现粘着最大化利用。 上述方案均在matlab/simulink环境中进行了对比仿真试验，验证了其有效性。最后，总结了本文所开展的工作内容，并指出了下一步研究工作的建议。 |
| 作者： | 廖文豪 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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