機車黏著智能優(yōu)化控制研究.pdf

1、機車黏著優(yōu)化控制是充分挖掘輪軌黏著潛力和提高輪軌黏著性能、以使機車發(fā)揮最大牽引/制動能力的有效措施，對于提高鐵路運輸能力、乃至保證行車安全至關重要。以獲取輪軌間最優(yōu)黏著利用為目的的機車黏著優(yōu)化控制問題實質上是一個最優(yōu)化控制問題，基于優(yōu)化控制理論，建立能夠定量評價黏著優(yōu)化控制品質的性能指標函數(shù)成為解決機車黏著優(yōu)化控制問題的首要任務，而現(xiàn)有機車黏著控制的相關研究對此卻鮮有涉及;此外，由于機車傳動系統(tǒng)具有大慣性和非線性特點，以及輪軌間黏著特性

2、復雜多變的不確定性和強非線性，難以精確得到被控系統(tǒng)的解析模型，使得基于精確數(shù)學模型的優(yōu)化控制問題求解方法無法解決機車黏著優(yōu)化控制問題，有關不依賴于系統(tǒng)精確數(shù)學模型的機車黏著控制策略研究一直備受研究者們的關注。
　　本文主要利用神經網絡控制和模糊控制等智能控制方法不依賴精確數(shù)學模型、可適應較差建模非線性動態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢，將其與群體智能優(yōu)化算法相結合，對機車黏著智能優(yōu)化控制理論和方法進行了探索和研究。本文的主要工作如下:
　　(1

3、)為了實現(xiàn)機車黏著優(yōu)化控制品質的量化評價及降低控制系統(tǒng)設計時對設計者主觀經驗知識的依賴，研究了機車黏著智能優(yōu)化控制性能指標函數(shù)的構建及控制系統(tǒng)設計中控制器和濾波器環(huán)節(jié)的智能優(yōu)化算法配置問題。建立了機車黏著智能優(yōu)化控制性能指標函數(shù)，給出了不同工況下機車黏著優(yōu)化控制性能指標函數(shù)的具體表現(xiàn)形式;提出了動態(tài)多子群引力搜索算法和灰聚類多子群自適應粒子群算法，完成神經網絡參數(shù)的優(yōu)化選擇、以及所建立的車輪轉速信號所含混合噪聲（高斯噪聲和沖擊噪聲）的非

4、線性Volterra濾波器模型結構和參數(shù)的確認及優(yōu)化求解。
　　(2)針對難以解析求解的機車黏著優(yōu)化控制問題，基于優(yōu)化控制理論，將本文所提出的群體智能優(yōu)化算法與神經網絡控制和模糊控制等智能控制方法相結合，提出了機車黏著智能優(yōu)化控制策略以實現(xiàn)牽引和制動工況下的機車黏著優(yōu)化控制。設計了機車黏著神經網絡控制器和模糊控制器，并基于本文所建立的性能指標函數(shù)定義適應度函數(shù)（即尋優(yōu)目標），在尋優(yōu)目標的引導下，采用本文所提出的群體智能優(yōu)化算法實現(xiàn)

5、了控制器參數(shù)的自動調整，使其最終收斂到最優(yōu)解，同時也實現(xiàn)了機車黏著優(yōu)化控制品質的定量評價。
　　(3)為了實現(xiàn)輪軌黏著狀態(tài)優(yōu)化與牽引電機輸出轉矩調整之間的最優(yōu)匹配，對結合牽引電機全速域直接轉矩控制策略的機車黏著智能優(yōu)化控制進行了探索和研究，提出了結合直接轉矩控制的機車黏著智能優(yōu)化控制策略。采用機車黏著智能優(yōu)化控制算法計算產生可獲得最優(yōu)黏著利用的理想給定轉矩（牽引轉矩/制動轉矩），以此作為牽引電機輸出轉矩的調節(jié)依據(jù)，并采用全速域直接

6、轉矩控制策略動態(tài)調整牽引電機輸出轉矩快速達到給定值，使得當前輪軌工作位置快速趨近輪軌最佳工作點，從而獲得最優(yōu)黏著利用。
　　(4)為了驗證本文所提出的機車黏著智能優(yōu)化控制策略及性能指標函數(shù)的可行性和有效性，利用硬件在回路仿真技術進行機車黏著智能優(yōu)化控制實驗研究。實驗結果表明，本文所建立的機車黏著優(yōu)化控制性能指標函數(shù)是正確的、可行的，可以有效評估機車黏著智能優(yōu)化控制的品質;利用本文所提出的動態(tài)多子群引力搜索算法優(yōu)化后的引力搜索高斯徑