動(dòng)車組列車自動(dòng)停車控制.pdf

1、近十年，我國(guó)已形成了以城市軌道交通和高速鐵路為代表的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，其路網(wǎng)規(guī)模達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。隨著路網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，設(shè)計(jì)高性能的列車控制系統(tǒng)成為了改善整個(gè)路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)效率的前提條件，而停車精度則是衡量列控系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。因此，自動(dòng)停車控制已成為了軌道交通控制領(lǐng)域的重要課題。
　　本文研究了城市軌道交通和高速鐵路動(dòng)車組的自動(dòng)停車控制問(wèn)題。首先，分析了制動(dòng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的物理特性及列車動(dòng)力學(xué)特性，針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的非線性及時(shí)滯、運(yùn)行阻力的不確

2、定等特性，建立了多個(gè)列車單質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的停車控制器，并給出了相關(guān)穩(wěn)定性證明。在此基礎(chǔ)上，考慮車間耦合及列車阻力縱向分布不均勻等特性，建立了動(dòng)車組多質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了分散式自動(dòng)停車控制器，并給出了相關(guān)穩(wěn)定性證明。本文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新成果如下:
　　第一，分析了空電混合制動(dòng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性，建立了具有延時(shí)環(huán)節(jié)的線性制動(dòng)模型，設(shè)計(jì)了制動(dòng)減速度控制器，有效抑制了制動(dòng)沖擊。進(jìn)一步考慮制動(dòng)減速度難以準(zhǔn)確測(cè)量以及基礎(chǔ)

3、制動(dòng)裝置非線性特性，建立了具有輸入時(shí)滯的二階非線性制動(dòng)模型，利用泛函算子建立了非線性輸入時(shí)滯系統(tǒng)的狀態(tài)預(yù)測(cè)表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了Backstepping制動(dòng)控制器，并給出了追蹤誤差收斂的理論證明。
　　第二，分析了機(jī)械制動(dòng)條件下停車系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，基于閘瓦摩擦系數(shù)不變的假設(shè)，建立了三階線性化停車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，基于自適應(yīng)PIQ(proportional-integral-quadratic)技術(shù)和Backstepping技術(shù)，

4、設(shè)計(jì)了模型參考自適應(yīng)停車控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)理想停車曲線的快速追蹤，并給出了閉環(huán)停車系統(tǒng)穩(wěn)定及速度追蹤誤差收斂的理論證明。在此基礎(chǔ)上，考慮運(yùn)行阻力的不確定性，設(shè)計(jì)了基于映射方法的魯棒自適應(yīng)律，針對(duì)控制信號(hào)的瞬時(shí)沖擊，提出了變誤差系數(shù)的改進(jìn)方法，并分別給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的理論證明。
　　第三，進(jìn)一步考慮制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)滯特性、閘瓦摩擦系數(shù)隨車速變化及制動(dòng)系統(tǒng)存在擾動(dòng)等因素，建立了具有輸入時(shí)滯和有界擾動(dòng)的三階非線性停車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。利用泛函算子，

5、建立了存在有界擾動(dòng)條件下，非線性時(shí)滯系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測(cè)的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了Backstepping魯棒自動(dòng)停車控制器。所提控制器降低了Backstepping技術(shù)的運(yùn)算復(fù)雜度。最后，給出了停車系統(tǒng)對(duì)于有界擾動(dòng)為輸入-狀態(tài)穩(wěn)定的理論證明。
　　第四，考慮列車縱向動(dòng)力學(xué)特性、阻力分布不均勻特性、空電混合制動(dòng)特性及切換等因素，基于大系統(tǒng)理論，建立了具有未建模動(dòng)態(tài)的非線性多質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型，并依據(jù)列車速度，將非線性模型表示為T-S（Taka