动车组列车制动系统Hammerstein模型的广义预测控制研究

鉴于动车组列车制动控制在运行和ATO中的重要性,以Hammerstein模型为基础,设计动车组列车制动系统的广义预测控制GPC器。把Hammerstein模型看作静态子系统和动态子系统的串联,动态子系统辨识为CARIMA模型,用思维进化算法MEA辨识由动态子系统纯延时环节和外界干扰造成的模型误差,设计基于MEA误差修正的GPC器,得出中间量。根据动车组列车制动特性对中间量进行约束化处理,使处理后的中间量和制动级位实现一一对应关系。对描述静态子系统的静态函数求逆,得到制动系统的制动级位。以CRH2型动车组为仿真对象,比较PID和GPC的控制效果,证明MEA修正误差的有效性,验证GPC器控制动车组列车制动系统的优越性。     

动车组列车制动系统的Hammerstein模型及其参数辨识方法

针对动车组列车制动系统的非线性及其在ATO中的重要性,从控制和动力学角度提出动车组列车制动系统的Hammerstein模型。根据制动指令信号的流向介绍动车组列车制动系统的工作过程;分别考虑系统各环节,用经过曲线拟合得到的静态非线性函数描述动车组列车制动特性表,用延时环节描述制动指令信号传输和制动控制器动作的延时,用两个一阶线性环节分别描述制动力反馈调节过程和动车组列车减速度冲动缓解过程,提出动车组列车制动系统的Hammerstein模型;并介绍了思维进化算法辨识模型参数的方法。最后以CRH2型动车组为仿真对象验证模型和参数辨识方法的有效性。     

基于滑模自适应鲁棒控制的城市轨道交通列车电空制动控制策略研究

针对城市轨道交通列车电空制动系统控制过程中外界干扰、执行机构时滞、基本阻力不确定等特性造成ATO(列车自动运行)系统速度跟踪及停车不准问题,根据李雅普诺夫稳定性理论提出一种基于SMARC(滑模自适应鲁棒控制)的城市轨道交通列车电空制动控制策略,设计城市轨道交通列车ATO系统基于SMARC的制动控制器。通过鲁棒控制将系统模型中非线性、输入时滞和外界扰动等所有不确定量减小到最小范围,同时也削弱了滑模控制器的抖振现象,增强了控制器的鲁棒性;进一步采用滑模控制减小列车制动过程中速度跟踪误差和减速度误差,从而获得较高的停车精度。仿真结果表明,基于SMARC的制动控制器的控制能完全满足城市轨道交通列车制动要求。     

基于控制器匹配的高速列车广义预测控制方法

针对普通广义预测控制器在列车控制过程中不能修改控制器参数,以至列车运行中遇到未知干扰时影响控制精度和稳定性。本文采用基于控制器匹配的广义预测控制调优方法,以达到经过调优的GPC与H!输出反馈控制器(最优控制器)具有相同的控制效果,并获取GPC调优参数,实现高速列车速度跟踪运行过程的自动控制。该控制器通过最优控制器控制律的函数获得GPC增益,使GPC与最优控制器匹配;在获得GPC增益的基础上,将目标函数转化为凸优化问题,求得GPC的调优参数;GPC自适应建模参数与H!控制器模型匹配,避免模型参数失配,保证控制器模型的稳定性。仿真实验结果表明GPC和H!控制器能够较好地匹配,且基于控制器匹配的高速列车广义预测控制系统具有较好的速度和位移跟踪性能。     

基于Stateflow的城际铁路列控系统车载控制子系统建模与分析

根据城际铁路列控系统中离散逻辑跳转和连续时间行为交织的特征,采用Matlab软件中的Simulink和Stateflow结合的方式实现车载控制子系统混成行为的建模与仿真,分析不同速度下列车超过紧急制动触发速度后产生的紧急制动距离以及列车实际运行曲线。结果表明:建立的紧急制动触发模型所产生的制动距离满足动车组厂家给出的要求,并且具有一定的安全余量;该建模方法直观高效,易于理解,模型能够很好的描述系统特性。仿真结果也可为车载控制子系统的设计和实现提供一定的支持。     

和谐号动车组制动系统与其他系统的接口关系

和谐号动车组是我国高速铁路装备制造技术发展的重要里程碑,其系统内部结构颇为复杂,各组成部分关系紧密、相互作用,形成了复杂的接口关系。以CRH3型高速动车组列车为例,介绍了制动系统与列控系统、牵引系统、TD-HMI(列车—司机人机接口)、门控系统和开关及环路等列车控制子系统之间的接口方式、方法与关系。分析了制动系统如何与列车其他子系统密切配合、协调控制,实现制动系统特定功能的作用过程。     

高速动车组电空制动系统的建模和参数分析

高速动车组电空制动系统是由气动元件、电子元件和基础制动装置组成的复杂系统。基于现代流体力学的仿真分析软件AMESim建立制动系统中关键气动元件的仿真模型,通过试验数据对仿真模型进行验证和参数修正;将封装的气动元件模型与电子元件模型和基础制动装置进行系统集成,建立单车以及列车级电空制动系统仿真模型。基于列车级电空制动系统仿真模型,对高速动车组电空制动系统参数进行配置和分析,设计高速动车组电空制动系统。在最大常用制动和紧急制动2种工况下对基于仿真模型设计的高速动车组电空制动系统进行验证。结果表明:最大常用制动时减速度仿真值与减速度设计值相符;紧急制动时制动距离试验值为5 670m,仿真计算值为5 795m,相对误差为2.2%,仿真计算值与试验值吻合程度高。     

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。     

高速列车机电一体化控制仿真与分析

根据直接转矩控制理论和车辆系统动力学理论,综合圆形磁链控制和六边形磁链控制的优点,考虑了车辆机械传动系统,建立全速度下高速列车机电一体化控制仿真模型。并针对某高速动车组进行仿真,同时考虑列车起动阻力和运行阻力,分析了在牵引加速、匀速运行、制动减速工况下列车电气和机械部分的状态。仿真结果表明:所建立的系统具有良好的动态和静态性能,能够将车辆电气部分和机械部分充分结合到一起,实现对牵引传动系统的优化控制,仿真方法可用于高速列车机电一体化的深入研究。     

CRH380B型动车组制动系统半实物仿真试验台MVB通信的实现

CRH380B型动车组制动系统半实物仿真试验台以头车制动控制器实物为核心搭建。为满足制动系统控制器地面运行所需的列车MVB网络环境,从MVB通信板卡驱动程序接口入手解决了LabVIEW软件中MVB通信问题,以此为基础完成了制动系统控制器外围MVB网络环境模拟。     

城轨列车一体化集成控制仿真测试平台方案

提出一种用于测试验证牵引、制动、网络集成控制的试验台方案,即在原有的列车控制架构基础上,将部分牵引、制动控制器的功能集成到整车控制系统中,以减少牵引、网络、制动子系统间的数据交互,缩短数据传输路径,降低数据传输延迟。本方案通过对整车电气原理图仿真、对列车受控子系统建模,并结合真实的子系统控制器,最终验证能否满足整车控制功能。     

基于UPPAAL的城市轨道交通CBTC区域控制子系统建模与验证

CBTC(Communication Based Train Control)系统可有效提高轨道交通的列车运营效率,降低系统建设和维护费用.在系统研发过程中需对系统进行建模、仿真和验证,发现系统设计缺陷,以保证系统的安全性.CBTC区域控制子系统是一实时控制系统,它要求控制时间的精确性和控制过程的准确性.本文通过分析城市轨道交通CBTC区域控制子系统的结构,给出满足该子系统安全性的功能和性能要求,并结合时间自动机理论方法提出包含列车、速度距离控制器、区域控制器和多车控制队列的时间自动机网络模型.同时,应用UPPAAL验证工具对CBTC区域控制子系统进行仿真建模,并验证该子系统功能和性能要求,从而保证了系统模型的安全性和受限活性.     

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。     

城轨列车自适应精确停车控制算法研究

停车精度是衡量列车自动驾驶控制性能的重要指标。本文根据城轨列车的制动模型设计自适应控制器,对列车进行精确停车控制。此控制器可以针对模型参数未知和由于设备老化或环境所造成列车制动模型参数变化的情况进行自适应调整,使列车可以精确跟踪理想停车曲线,达到既定的停车要求。理论分析和仿真结果验证了所提出的自适应算法的有效性。     

基于T-S模糊模型的高速动车组通信网络实时控制方法

建立包括控制器节点与执行器节点之间的前向通道时延,以及它与传感器节点之间的反馈通道时延的多功能车辆总线网络控制系统,获取的时延数据呈现随机分布的特点;采用自动回归模型和最小均方算法进行前向通道时延的预测;考虑列车关键控制系统的特点,将非线性系统描述为不同稳态工作点附近的多个线性子系统,基于T-S模糊模型建立非线性网络控制系统模型,设计各子系统基于状态空间滚动优化的广义预测控制方法。对采用不同控制方法、不同采样周期和负载率时控制效果进行仿真。结果表明:基于T-S模糊模型的GPC时延控制方法可以精确跟踪不同变化频率的参考信号;与模糊自适应PID方法相比较,该方法能较好地抑制时延对控制性能的影响,具有理想的鲁棒性能和稳定性能,完全可以满足高速动车组运行过程的控制实时性要求。     

城轨列车制动模型及参数辨识

列车制动模型是设计ATO精确停车控制策略的依据.本文通过分析城轨列车制动系统的构成、特性及其和驾驶员的接口,从面向控制的角度提出适合控制器设计的制动模型以及模型参数的辨识方法.现场实验表明:该模型能够较好描述城轨列车制动系统的动态特性,并且基于该模型的自动停车控制系统在实验中也取得了满意的性能.     

动车组牵引计算仿真研究

通过分析我国高速列车动车组牵引制动特点,在建立动车组牵引计算力学模型的基础上,利用VC++2005.net开发了适合于我国高速列车动车组的牵引计算仿真系统。在分析动车组受力组成的基础上,根据机械能增量与耗散力做功相等的结论以CRH3动车组为例,结合实际的线路条件说明了该仿真模型计算结果的合理性。     

和谐号动车组制动防滑控制理论和试验

防滑控制系统是和谐号动车组列车制动系统的核心技术之一.在列车高速运行时,具有防滑控制功能的列车制动控制系统,既能实现良好的滑行控制,又能充分利用轮轨之间的黏着作用力.主要介绍了和谐号动车组制动防滑系统,包括制动防滑系统的基本原理,硬件组成,滑行检测方法,防滑控制方法以及控制策略等.通过防滑试验验证了和谐号动车组制动防滑...     

基于车辆滚动制动试验台的轨道交通列车动态制动性能试验研究

长期以来,列车制动系统在实验室内只能进行制动阀和制动系统静置试验,难以直接测试列车实际动态制动性能,因而对于长大货物列车制动性能及引起的纵向动力学效果难以判断。为此提出了基于滚动制动试验台进行车辆动态制动试验,即将虚拟列车制动系统模型与实际车辆制动系统组合,应用虚拟列车制动系统模型,通过计算机控制模拟不同编组列车的不同位置车辆的制动管路气压曲线,控制滚动制动试验台上单车做各种制动试验,以得出比较准确的列车各个车辆的实际动态制动效果。滚动制动试验台上车辆实际制动减速度和车辆前后拉杆承受的纵向力,为进一步评估各种编组列车制动纵向动力学性能提供了准确的依据,为长大货物列车运行安全提供了可靠的评估试验仿真装置。     

动车组制动力控制模式分析

制动系统作为动车组关键技术,是动车组运行的可靠保证。制动系统控制技术作为制动系统的中枢,是实现整车制动力管理与分配的核心。制动系统具有列车级主控功能,能够实现全列车制动力管理、分配和计算。将针对各制动工况对CRH380B动车组制动力的控制实施进行分析,并结合其他典型动车组的制动控制模式进行分析研究。