高速列车滑模自抗扰黏着控制方法

为解决高速列车运行过程中因轨面情况改变,导致列车没有达到最大黏着利用而出现空转或滑行等问题,设计了一种基于最大黏着系数的滑模自抗扰(SM-ADRC)黏着控制器;考虑轮轨间黏着特性的复杂、时变与非线性等特点,基于黏着机理分析,建立了轮轨间牵引系统的力学模型;采用极大似然估计(MLE)方法对不同轨面的相关参数进行辨识,计算了当前轨面的最大黏着系数,保证列车始终能达到最大黏着利用;通过引入滑模算法改进了自抗扰控制(ADRC)中非线性误差反馈控制律部分,设计了一种SM-ADRC黏着控制算法,利用Levant跟踪微分器减小初始跟踪误差,利用扩张状态观测器(ESO)估计和补偿系统总的外部扰动,由滑模控制提高系统的鲁棒性;采用MATLAB软件对CRH380A型高速列车进行仿真,在轨面情况改变时,由SM-ADRC黏着控制器控制列车跟踪设定速度,并将其与比例积分微分(PID)控制器、滑模控制器、ADRC的仿真结果进行对比。仿真结果表明：干燥轨面的最大黏着系数是0.160,16 s时辨识出真值;潮湿轨面的最大黏着系数是0.106,18 s时辨识出真值;ADRC的速度跟踪误差范围为±1 km·h^-1,轨面变化后,速度跟踪误差波动幅度较大;SM-ADRC黏着控制器的速度跟踪误差范围为±0.4 km·h^-1,轨面变化后,速度跟踪误差波动幅度较小,更加平滑稳定,速度控制跟踪精度更高,且优于PID和滑模控制方法。
可见,所提出的SM-ADRC黏着控制器能够实现列车的快速黏着控制,并达到最大的黏着利用。