基于动态面方法的高速列车蠕滑速度跟踪控制

针对高速列车的主动黏着防滑控制问题,提出基于障碍Lyapunov函数的蠕滑速度动态面跟踪控制算法,可以实现对蠕滑速度的上界约束,同时保障黏着控制系统的稳定性。首先建立考虑牵引与制动转矩产生过程的高速列车动力学模型,并将黏着控制问题描述为含输出约束的非线性系统的跟踪控制问题;然后引入障碍Lyapunov函数处理输出约束问题,设计了自适应动态面控制律,未知参数由自适应律估计得到,未知时变的黏着力和运行阻力由两个力观测器来估算;最后通过Lyapunov方法证明了蠕滑速度跟踪误差半全局一致最终有界,蠕滑速度始终保持在稳定区域内。仿真结果证明了该方法的有效性。     

计及时变扰动下永磁牵引电机无传感器滑模控制

针对永磁同步牵引电机因参数摄动不确定因素造成控制性能下降以及速度传感器存在成本高、环境要求严格、估计精度不足等问题，提出了一种基于自适应广义高阶平方根容积卡尔曼滤波算法（ASRGHCKF）无速度传感器的永磁同步电机（PMSM）自适应非奇异快速终端滑模控制算法。首先，建立参数摄动下PMSM数学模型；其次，基于扩展滑模扰动观测器（ESMDO）设计自适应非奇异快速终端滑模转速控制算法（ANFTSMC），选择新型指数趋近律可随系统距离滑模面的远近自适应调整趋近速度，同时ESMDO实时精准观测系统的未知扰动部分；最后，结合ASRGHCKF实时精准估计电机的转速和转子位置。通过与PI和传统SMC算法进行仿真和半实物试验对比，验证了该算法在电机参数摄动下暂稳态性能更佳，有利于改善PMSM的无速度传感器控制效果。     

异步电机效率优化算法设计

针对异步电机效率优化问题，提出混合在线式直流最小功率模糊搜索效率优化控制算法（FLSC）。算法利用损耗模型控制（LMC）的研究成果，设计新型比例因子提取策略，可以实时在线获得电机各稳态工况下FLSC输入和输出变量的比例因子，预先规划了算法搜索控制的方向，保证了算法的快速收敛性。根据异步电机的特性及先期的综合实验数据分析，对模糊控制用模糊集合及其隶属度函数进行系统化设计，对输入变量的ZE模糊集进行梯形隶属度函数设计，对输出变量进行正负不对称隶属度函数设计，从而解决了系统在效率最优点处的振荡问题。对小功率异步电机系统的计算机仿真及台架实验表明：针对异步电机的轻载运行工况，FLSC算法能显著提高异步电机系统的控制性能；对于异步电机转子电阻参数变化的工况也具有很好的鲁棒性。     

基于BFGS方法的列车速度预测控制研究

列车速度控制是轨道交通发展领域的重要基础问题。面向真实列车速度控制应用场景的列车动力学模型及其控制器设计更具挑战性。一方面,传统基于反馈的无模型控制策略存在收敛速度慢、参数要求高、环境变化敏感等问题,目前难以从优化角度设计控制器且应对复杂系统的约束。另一方面,传统的列车单质点动力学模型很难解决高速列车运行过程中的非线性特性。针对上述瓶颈,首先对列车各节车厢进行受力分析,且考虑车厢间的安全距离,将相对位置和相对速度作为可变状态构建列车多质点模型。然后采用模型预测控制策略,综合考虑列车速度控制的非线性成本函数,处理列车运行过程中的复杂约束,预测控制系统的未来动态行为。然后,针对列车预测控制中的复杂动态约束非线性优化问题,设计对数障碍函数处理不等式约束,进而从拟牛顿法角度设计一种具有稳定收敛性的基于BFGS方法的列车速度预测控制算法,完成列车速度的精准跟踪控制。最后,以国内某线站间列车运行数据为例,与其他先进控制方法进行对比实验,以验证所提出的BFGS列车速度预测控制算法的优越性能。实验结果表明,本文所设计的基于BFGS方法的列车速度预测控制算法能够有效地减小列车速度跟踪误差和位移误差,提升...     

基于自适应滑模控制的城际列车精确停车方法研究

停车精度是衡量列车自动驾驶控制性能的重要指标。针对城际轨道列车精确停车的需求，分析列车自动停车过程、列车动力学模型以及制动模型，在此基础上提出采用自适应滑模控制器来提高停车精度和列车运行舒适性；应用滑模控制原理设计列车停车控制算法，并对滑模控制中的趋近律增益进行自适应调节，以提高系统响应速度及改善稳态精度。仿真结果表明，基于自适应滑模控制的停车算法表现出良好的鲁棒性和自适应性，该控制器使列车能够精确地跟踪停车目标曲线，并改善列车的停车精度和运行舒适性。     

采用动态多子群GSA-RBF神经网络的机车黏着优化控制

为解决机车牵引过程中轮轨间最优黏着利用能否获得的问题,提出一种基于高斯RBF神经网络的机车黏着智能优化控制方法。针对黏着极限态优化控制效果的定量评估,定义了同时考虑轮轨间黏着力变化指标和牵引电机转矩波动指标的加权目标函数;提出动态多子群GSA算法以优化RBFNN参数,避免了参数选择的盲目性,提高了RBFNN的收敛速度和学习能力;此外,该方法不依赖被控对象的解析模型,仅基于系统输入、输出信息完成控制器设计,并通过对电机转矩的动态调整,实现轮轨间黏着的最优利用。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于分数阶滑模自适应神经网络的中速磁浮列车运行控制方法

为减小中速磁浮列车运行阻力对运行性能的不利影响,设计一种基于分数阶滑模自适应神经网络(FO-SMAC-NN)的运行控制器.首先,在考虑列车实际运行过程中受到的空气阻力、涡流阻力以及坡道附加阻力3种阻力的基础上,构造运动学方程;其次,设计分数阶滑模自适应神经网络控制律和滑模自适应参数的更新律,得到由速度前馈、分数阶滑模自...     

地铁列车最优黏着控制研究

潮湿、雨雪等轨面条件会导致地铁列车的黏着利用率低,从而降低列车的牵引和制动性能,进一步带来安全问题。为了使轮轨黏着力得到充分利用,建立了地铁列车的单轴牵引模型,设计全维状态观测器对黏着系数进行估计,并通过滑模变结构设计控制器来对电机转矩进行控制调整,基于MATLAB/Simulink进行模型仿真和结果分析。仿真结果表明,这种方法可以实时搜索出不同轨面条件下的最优蠕滑速度,黏着系数保持在最大值附近,提高了黏着利用率。     

基于快速趋近律的永磁同步电机驱动系统改进无模型滑模控制

针对永磁同步电机驱动控制系统应用传统无模型滑模方法时性能指标达不到预期的问题,提出了一种基于快速趋近律的改进无模型滑模控制方法。首先,根据永磁同步电机参数摄动时的数学模型,建立速度外环的超局部模型;其次,设计一种基于改进快速趋近律的速度外环新型无模型滑模控制器,同时为了提高电机转速的控制精度,采用扩展滑模观测器实时观测超局部模型中的未知部分;最后,通过与PI控制、传统无模型滑模算法进行仿真和试验对比,验证所提算法能降低对电机模型的依赖,提高了永磁同步电机的暂稳态控制性能,保证系统的抗扰能力和强鲁棒性。     

基于改进模糊滑模控制的列车速度跟踪研究

列车运行过程具有强耦合、非线性等特征,且往往存在较大且不可观测的外界干扰,这些特性加大了列车运行控制的难度,针对列车运行速度跟踪控制问题,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先基于模糊滑模控制,引入全局快速终端滑模控制,使系统在有限时间内达到稳态;然后构造以李亚普洛夫函数导数的绝对值为补偿的自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而提出一种双层递阶指数趋近全局快速终端模糊滑模控制器,并且引入指数趋近率来调节滑模面的动态品质,该控制器能快速收敛到稳定状态,且有效地消除了控制器的抖振情况;最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性,且提高了列车运行控制系统性能。     

基于自适应模糊滑模的列车精确停车制动控制算法

针对高速列车自动驾驶系统精确进站停车问题,基于列车动力学模型和列车制动系统模型,设计1种自适应模糊滑模控制器,通过模糊切换以补偿列车运行过程中受到的基本阻力、线路附加阻力以及外部未知随机扰动等非线性扰动的影响。根据滑模控制理论,利用列车运行过程中的状态偏差,设计基于跟踪误差的等效控制器,以求解列车制动等效控制量;考虑外部扰动,基于优秀司机驾驶经验的模糊推理规则,设计切换控制器,以得到精确控制量。采用本文控制算法对列车制动过程进行仿真验证,并与传统的PID控制和基于指数趋近律的滑模控制进行对比。结果表明:在考虑附加阻力和外部扰动情况下,自适应模糊滑模控制器能够柔化非线性切换控制信号,削弱滑模控制固有的抖振现象,实现对参考轨迹的精确跟踪,并最终实现精确停车;即使在列车制动系统实际控制输出出现偏差时,设计的控制器仍能控制列车精确跟踪参考制动曲线。     

列车传动最优黏着控制策略研究

在列车的行驶过程中,轮轨间的黏着控制尤其重要,最大化利用黏着力可提高列车的牵引/制动性能。文中提出的列车传动最优黏着控制策略通过全维状态观测器准确地估计出当前利用的黏着系数;利用可变遗忘因子的递归最小二乘法有效地计算出黏着-蠕滑特性曲线斜率;采用最速梯度法迅速搜索最佳蠕滑速度给定值。同时为了实现最优黏着控制,设计了蠕滑速度控制环来获得牵引电机转矩指令补偿量。最后通过仿真,证明了该控制策略的正确性和有效性。     

考虑轮轨作用的地铁车辆电机负载模型研究

牵引电机负载模拟是轨道车辆牵引传动系统仿真中不可缺少的重要环节,传统的电机负载模型由于没有考虑轮轨关系而无法应用于地铁黏着控制算法的研究.在分析了地铁车辆力传递关系的基础上,提出用考虑轮轨作用的力传递模型来替代传统的阻力负载模型,可以模拟地铁车辆在运行中出现的空转现象,验证黏着控制策略的控制效果,整定控制参数.结合北京地铁13号线实车参数和牵引特性,验证该负载模型应用于黏着控制研究的有效性和可用性.     

和谐号动车组制动计算方法

为满足轨道交通列车制动系统的设计需要,研究了和谐号动车组制动计算方法。制动计算方法以黏着特性曲线为边界条件,充分考虑了电制动和运行阻力对制动系统的影响,而且结合试验数据计算不同速度阶段和不同载荷下的瞬态参数。基于和谐号动车组制动计算方法,自主开发了制动计算软件,并计算分析了8辆编组动车组的紧急制动性能。     

基于前馈信号参考的可变收敛列车噪声主动控制算法

研究了一种基于前馈信号参考的可变收敛列车噪声主动控制算法,通过构建基于前馈信号参考的可变收敛函数,改善系统非零失调问题,并应用于列车低频噪声降噪中.仿真结果表明,该算法能够提高收敛速度、跟踪速率和稳态误差之间的均衡性.试验结果表明,该算法对于频率低于1 000Hz的列车低频噪声在目标区域内平均降噪量约为12.0 dB,...     

基于扩张状态观测器的列车轨迹跟踪控制及其在CMC环境的测试

在列车运行过程中,存在着复杂且不确定的外部环境,很难获得阻力的表达式和阻力系数,因此,准确的外部阻力估计直接影响到列车轨迹跟踪精度。设计一种新型的基于扩张状态观测器的列车轨迹跟踪控制算法,将外部阻力和内部干扰扩展为一个新的状态变量,并进行精确估计。采用遗传算法对扩张状态观测器的参数进行优化。最后,在国产CMC芯片的硬件环境下进行测试。测试结果表明,基于扩张状态观测器的控制策略比现有广泛使用的PID算法具有更好的跟踪性能。得出以下结论:所设计控制算法通过补偿各种干扰的影响达到列车位置和速度的精确追踪,具有较强的抗干扰性。     

基于组合校正的城市轨道交通列车轮轨黏着控制方法研究

为提高城市轨道交通列车轮轨黏着力的控制,针对传统组合校正法存在的缺点,对参考速度进行延时补偿、筛选及步长限制,尽可能保证参考速度的准确性;对加速度提取采用低通加高通滤波器的方法,以降低噪声影响;黏着控制过程中,根据设定周期时间内速度差估算当前轨面黏着情况,实时调整下一周期判据阈值;根据上一调节周期触发空转时刻锁存转矩和当前加速度,以及转速差采用分段斜率的方法进行转矩调节。试验结果表明:上述控制方法转矩波动小,列车运行平稳,黏着利用率得到有效提高。     

一种组合趋近律准滑模控制的列车停车算法

针对城轨列车运行过程外界未知干扰及运行周期中参数变动造成停车不准确的问题,设计准滑模变结构控制器和基于组合趋近律的控制算法,来实现停车控制。组合趋近律滑模控制是结合常规指数趋近律和变速趋近律2种趋近方式的优点,无需外加辅助控制器来消除抖振,结构简单。通过跟踪理想运动目标曲线,完成停车过程。研究结果表明:基于组合趋近律准滑模控制器在实现精确停车的同时,系统响应快,对外界干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于新型滑模变结构策略的交流调速系统

在交流传动系统设计中,通常采用电机的简化、降阶模型作为设计模型,因此,若采用经典线性控制设计,则实际系统中存在的电机参数不确定性、未建模动态及外扰必然对动、静态性能构成冲击。利用滑模控制在处理不确定性和外扰方面的优势,文章提出了一种基于新型滑模变结构策略的交流调速系统控制方案,采用滑模变结构控制环节与PI串联的结构,在瞬态过程中变结构为主导以提高鲁棒性,稳态过程中PI控制起主导作用以削弱振颤。仿真结果表明该方案在解决传统滑模控制振颤及等价控制设计困难等问题的同时,实现了优良的动、静态特性。     

基于自抗扰控制的高速列车自动驾驶速度控制

针对高速列车在复杂环境运行时,传统PID控制器受未建模动态及外界未知干扰导致列车速度追踪误差大的问题,提出一种基于自抗扰控制ADRC(Active Disturbance Rejection Control)的高速列车速度控制算法。基于单质点模型建立列车的状态空间方程,令列车方程中的未知部分作为扩张状态设计二阶自抗扰控制器,并利用CRH380A型列车参数进行仿真,对指定的目标速度曲线进行追踪,证明基于自抗扰控制算法的可行性;同时设置干扰量,与传统PD控制、非线性PID控制算法在抗干扰性能和追踪误差等方面作比较。结果表明,基于自抗扰控制的高速列车速度控制器具有抗干扰性强、追踪误差小的优点。