高速列車的魯棒自適應(yīng)及容錯(cuò)控制.pdf

1、規(guī)模化快速發(fā)展高速鐵路是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展乃至國家安全的重大戰(zhàn)略需求，而列車的安全運(yùn)行是高速鐵路建設(shè)和發(fā)展的根本前提。采用先進(jìn)控制策略是確保高速列車在軌安全的有效途徑之一。本論文針對(duì)高速列車主動(dòng)安全控制的關(guān)鍵問題——列車牽引與制動(dòng)控制，研究如何通過（已有的）先進(jìn)控制技術(shù)，構(gòu)建列車可靠牽引與制動(dòng)容錯(cuò)控制體系，使列車達(dá)到運(yùn)行速度穩(wěn)定，停車精準(zhǔn)，安全可靠。
　　論文核心工作包括建立考慮運(yùn)行環(huán)境影響的列車動(dòng)力學(xué)模型，研究列車運(yùn)行中牽引（制動(dòng)

2、）力與列車運(yùn)行位移、運(yùn)行速度以及加（減）速度的相互關(guān)系，分析列車系統(tǒng)的固有特性，結(jié)合速度與位移的跟蹤控制目標(biāo)，利用先進(jìn)控制理論建立有效的魯棒自適應(yīng)及容錯(cuò)牽引與制動(dòng)控制策略。研究考慮了列車的高速運(yùn)行空氣阻力和軌道環(huán)境附加阻力、牽引電機(jī)/制動(dòng)裝置的飽和非線性特性、相鄰車廂間的車間力以及可能的執(zhí)行器/傳感器故障。
　　論文基于動(dòng)力學(xué)原理，對(duì)列車系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的物理建模。論文分析了列車牽引與制動(dòng)動(dòng)態(tài)的不同，在列車單質(zhì)點(diǎn)與多質(zhì)點(diǎn)模型基礎(chǔ)上建

3、立了能夠反應(yīng)列車牽引與制動(dòng)特性的列車模型，并考慮了列車多級(jí)牽引與制動(dòng)的實(shí)際狀況。同時(shí)，論文提出了一種新的“多質(zhì)點(diǎn)單位移”列車時(shí)域動(dòng)態(tài)模型，其中考慮了輸入飽和、輸入非線性以及牽引/制動(dòng)設(shè)備電路的不同結(jié)構(gòu)。該模型不僅能反映列車多質(zhì)點(diǎn)特性，同時(shí)可以刻畫車廂間的相互影響，并且模型維數(shù)低、結(jié)構(gòu)簡單。該模型的建立為分析設(shè)計(jì)有效的控制策略奠定了重要基礎(chǔ)。
　　論文針對(duì)高速列車固有的運(yùn)行環(huán)境隨機(jī)時(shí)變、車廂間影響不可測、模型參數(shù)不確定、運(yùn)行阻力系數(shù)

4、未知（甚至?xí)r變）以及可能出現(xiàn)的牽引/制動(dòng)故障，考慮了列車模型不確定、參數(shù)時(shí)變、外部干擾、未知車間力、輸入非線性與飽和受限以及不確定的執(zhí)行器/傳感器故障對(duì)控制系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)地研究了列車牽引與制動(dòng)跟蹤控制問題。為了解決列車系統(tǒng)參數(shù)以及阻力系數(shù)復(fù)雜時(shí)變的問題，論文提出了“虛擬參數(shù)”的概念，通過構(gòu)建含虛擬參數(shù)估計(jì)誤差的Lyapunov函數(shù)，結(jié)合先進(jìn)控制方法，建立了可靠的高速列車魯棒自適應(yīng)及容錯(cuò)控制方案，實(shí)現(xiàn)了不依賴各種未知系統(tǒng)參數(shù)、列車阻力系

5、數(shù)、精確故障信息以及車間力信息的魯棒自適應(yīng)牽引/制動(dòng)容錯(cuò)控制，確保列車在正常或者出現(xiàn)牽引/制動(dòng)故障時(shí)安全可靠運(yùn)行。與目前列車系統(tǒng)廣泛采用的冗余技術(shù)與故障診斷策略不同，論文通過分析和提取系統(tǒng)關(guān)鍵信息（核心特征），實(shí)現(xiàn)了對(duì)牽引與制動(dòng)設(shè)備故障及其它不確定因素的實(shí)時(shí)有效補(bǔ)償，在魯棒性和自適應(yīng)性得到保證的同時(shí)，還省去了精確故障檢測和診斷環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了列車全局可靠主動(dòng)容錯(cuò)控制，是一種從“故障后被動(dòng)處理”到“故障前主動(dòng)預(yù)防”機(jī)制上的根本改變。相關(guān)控制方