列車自適應魯棒駕駛控制.pdf

1、近十年來，高速鐵路和城市軌道交通規(guī)模爆發(fā)式增長，為我國經(jīng)濟快速可持續(xù)發(fā)展提供了強勁的動力。未來一段時間，提高鐵路系統(tǒng)的運營效率及性能成為軌道交通領域的重要發(fā)展目標。列車自動駕駛的控制性能關系到整個鐵路系統(tǒng)的運營效率及能耗，已經(jīng)成為軌道交通領域的研究熱點之一。
　　本文針對列車動力學特性中存在的參數(shù)化不確定性、時變特性、輸入飽和非線性、列車車輛間不確定的非線性耦合關系，分別建立了列車的單質(zhì)點與多質(zhì)點動力學模型。在此基礎上，結(jié)合列車的

2、跟蹤控制目標，運用自適應與魯棒控制理論，分別研究了相應的列車駕駛控制問題，最后針對一般性復雜多質(zhì)點的動力學模型，設計了高性能的列車運行控制算法。本文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新成果如下:
　　首先，建立了帶有未知時變參數(shù)的列車單質(zhì)點非線性動力學模型，并對模型中存在的不確定性及時變特性進行了定性分析。針對模型中的參數(shù)化不確定性，設計了列車的反步自適應控制器，并給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的理論證明。在此基礎上，針對模型參數(shù)的時變特性，根據(jù)系統(tǒng)的不確定性限界設

3、計了一種確定魯棒控制律，并給出了列車跟蹤誤差在任何情況下都能以設計的衰減方式收斂到預期精度范圍的理論證明。
　　其次，針對模型中參數(shù)跳變的問題，設計了未知參數(shù)的浸入與不變估計器，該估計器不僅包含I型自適應律，還加入了P型調(diào)節(jié)函數(shù)，將更多的模型先驗知識引入到自適應估計中，增加了設計的自由度，提高了自適應估計的收斂效率。在此基礎上，將列車的預期跟蹤性能通過輸出誤差變換引入到原系統(tǒng)，設計了一種面向預期動態(tài)性能的自適應魯棒控制器，消除了參

4、數(shù)時變特性和未知外界擾動的影響，理論分析表明列車能夠始終保持預期的跟蹤性能。
　　然后，針對列車牽引與制動輸出受限的問題，設計了列車的壓縮自適應控制策略，并基于期望補償機制重新設計了未知參數(shù)的估計律，在界定了控制輸入中自適應補償項的基礎上，根據(jù)列車動力單元的剩余執(zhí)行能力，設計了一種飽和自適應魯棒控制器，使得列車的跟蹤誤差能夠在有限的時間內(nèi)收斂到預期的精度范圍，并給出了系統(tǒng)全局穩(wěn)定的理論證明。
　　最后，考慮列車車輛間不確定的