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基于鲁棒与自适应容错的高速列车粘着控制研究
| 论文题名： | 基于鲁棒与自适应容错的高速列车粘着控制研究 |
| 关键词： | 高速列车;粘着控制;运行安全;变步长搜索;鲁棒估计;自适应容错 |
| 摘要： | 近几年来，我国高速铁路发展迅速，对列车运行安全保障的要求不断提高。由于运行速度快、运行区域跨度大及运行环境复杂等因素，高速列车运行安全保障问题尤为突出，研究有关运行安全控制问题很有必要。作为保障高速列车运行安全的关键子系统，牵引与制动系统性能的可靠性、稳定性起着决定性作用。保证高速列车牵引与制动良好性能的关键是轮轨间稳定可靠的粘着特性，开展粘着控制方面的研究是十分有必要的。轮轨间粘着是一个复杂多变的系统，良好的粘着特性可保证牵引与制动性能的稳定;若粘着特性遭到破坏，会出现滑行或空转现象，甚至可能发生脱轨、倾覆事故，严重威胁列车行车安全。所以，稳定可靠的粘着控制策略对保障高速列车运行安全有至关重要的作用。本文针对高速列车粘着控制问题的研究工作主要集中在以下几个方面: (1)考虑到列车运行外部环境造成的复杂性、不确定性和未知性，复杂时变的轨面状态以及不可预测的地质灾害等因素，对粘着制系统进行了更为精确的动力学建模。所建立的模型精确性较强，更加充分地反应了系统的实际运行状况。 (2)鉴于高速列车运行状态与轮轨间粘着特性的特殊性，本文采用渐近跟踪控制作为高速列车粘着控制方式。为此，设计了变步长搜索算法来搜索期望跟踪目标，搜索过程仅依赖列车自身状态，避免了无法快速识别列车运行环境的难题，且变步长搜索比以往常规搜索算法在精度和速度上都有了提高。 (3)基于已建立的粘着系统模型和搜索算法提供的期望跟踪目标，设计出了基于鲁棒估计的粘着控制算法。解决了粘着系统中非线性项不易有效获取的难题，且控制器不依赖于大量系统参数，结构简单，计算量小，易于实施。经李雅普诺夫稳定性证明，所设计控制策略稳定性得到了保证。 (4)将粘着控制执行设备不确定性非完全失效故障考虑进来，对模型进行了改进，并设计了鲁棒自适应容错控制算法。所设计控制策略不仅对系统模型不确定性及参数未知时变性、线路环境与轨面条件变化等因素拥有较强的鲁棒性，且对执行设备故障具备良好的容错能力。控制策略不需要大量系统模型信息及人为估计参数，结构简单、易于计算，能够有效保障高速列车运行的平稳性和安全性，具备良好的使用价值。 |
| 作者： | 陆宽 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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