列車自適應(yīng)魯棒駕駛控制.pdf

1、近十年來(lái)，高速鐵路和城市軌道交通規(guī)模爆發(fā)式增長(zhǎng)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)勁的動(dòng)力。未來(lái)一段時(shí)間，提高鐵路系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率及性能成為軌道交通領(lǐng)域的重要發(fā)展目標(biāo)。列車自動(dòng)駕駛的控制性能關(guān)系到整個(gè)鐵路系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率及能耗，已經(jīng)成為軌道交通領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　本文針對(duì)列車動(dòng)力學(xué)特性中存在的參數(shù)化不確定性、時(shí)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(guān)系，分別建立了列車的單質(zhì)點(diǎn)與多質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合列車的

2、跟蹤控制目標(biāo)，運(yùn)用自適應(yīng)與魯棒控制理論，分別研究了相應(yīng)的列車駕駛控制問(wèn)題，最后針對(duì)一般性復(fù)雜多質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了高性能的列車運(yùn)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(shí)變參數(shù)的列車單質(zhì)點(diǎn)非線性動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)模型中存在的不確定性及時(shí)變特性進(jìn)行了定性分析。針對(duì)模型中的參數(shù)化不確定性，設(shè)計(jì)了列車的反步自適應(yīng)控制器，并給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的理論證明。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)模型參數(shù)的時(shí)變特性，根據(jù)系統(tǒng)的不確定性限界設(shè)

3、計(jì)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(shè)計(jì)的衰減方式收斂到預(yù)期精度范圍的理論證明。
　　其次，針對(duì)模型中參數(shù)跳變的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了未知參數(shù)的浸入與不變估計(jì)器，該估計(jì)器不僅包含I型自適應(yīng)律，還加入了P型調(diào)節(jié)函數(shù)，將更多的模型先驗(yàn)知識(shí)引入到自適應(yīng)估計(jì)中，增加了設(shè)計(jì)的自由度，提高了自適應(yīng)估計(jì)的收斂效率。在此基礎(chǔ)上，將列車的預(yù)期跟蹤性能通過(guò)輸出誤差變換引入到原系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種面向預(yù)期動(dòng)態(tài)性能的自適應(yīng)魯棒控制器，消除了參

4、數(shù)時(shí)變特性和未知外界擾動(dòng)的影響，理論分析表明列車能夠始終保持預(yù)期的跟蹤性能。
　　然后，針對(duì)列車牽引與制動(dòng)輸出受限的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了列車的壓縮自適應(yīng)控制策略，并基于期望補(bǔ)償機(jī)制重新設(shè)計(jì)了未知參數(shù)的估計(jì)律，在界定了控制輸入中自適應(yīng)補(bǔ)償項(xiàng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)列車動(dòng)力單元的剩余執(zhí)行能力，設(shè)計(jì)了一種飽和自適應(yīng)魯棒控制器，使得列車的跟蹤誤差能夠在有限的時(shí)間內(nèi)收斂到預(yù)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