動車組列車自動停車控制.pdf

1、近十年，我國已形成了以城市軌道交通和高速鐵路為代表的鐵路運輸系統(tǒng)，其路網規(guī)模達到了世界領先水平。隨著路網的不斷擴大，設計高性能的列車控制系統(tǒng)成為了改善整個路網運營效率的前提條件，而停車精度則是衡量列控系統(tǒng)性能的重要指標。因此，自動停車控制已成為了軌道交通控制領域的重要課題。
　　本文研究了城市軌道交通和高速鐵路動車組的自動停車控制問題。首先，分析了制動系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的物理特性及列車動力學特性，針對制動系統(tǒng)的非線性及時滯、運行阻力的不確

2、定等特性，建立了多個列車單質點動力學模型，分別設計了相應的停車控制器，并給出了相關穩(wěn)定性證明。在此基礎上，考慮車間耦合及列車阻力縱向分布不均勻等特性，建立了動車組多質點動力學模型，設計了分散式自動停車控制器，并給出了相關穩(wěn)定性證明。本文主要研究內容及創(chuàng)新成果如下:
　　第一，分析了空電混合制動系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動態(tài)特性，建立了具有延時環(huán)節(jié)的線性制動模型，設計了制動減速度控制器，有效抑制了制動沖擊。進一步考慮制動減速度難以準確測量以及基礎

3、制動裝置非線性特性，建立了具有輸入時滯的二階非線性制動模型，利用泛函算子建立了非線性輸入時滯系統(tǒng)的狀態(tài)預測表達式，在此基礎上，設計了Backstepping制動控制器，并給出了追蹤誤差收斂的理論證明。
　　第二，分析了機械制動條件下停車系統(tǒng)的動態(tài)特性，基于閘瓦摩擦系數(shù)不變的假設，建立了三階線性化停車系統(tǒng)動力學模型，基于自適應PIQ(proportional-integral-quadratic)技術和Backstepping技術，

4、設計了模型參考自適應停車控制器，實現(xiàn)了對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。在此基礎上，考慮運行阻力的不確定性，設計了基于映射方法的魯棒自適應律，針對控制信號的瞬時沖擊，提出了變誤差系數(shù)的改進方法，并分別給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的理論證明。
　　第三，進一步考慮制動系統(tǒng)時滯特性、閘瓦摩擦系數(shù)隨車速變化及制動系統(tǒng)存在擾動等因素，建立了具有輸入時滯和有界擾動的三階非線性停車系統(tǒng)動力學模型。利用泛函算子，

5、建立了存在有界擾動條件下，非線性時滯系統(tǒng)狀態(tài)預測的關系，在此基礎上，設計了Backstepping魯棒自動停車控制器。所提控制器降低了Backstepping技術的運算復雜度。最后，給出了停車系統(tǒng)對于有界擾動為輸入-狀態(tài)穩(wěn)定的理論證明。
　　第四，考慮列車縱向動力學特性、阻力分布不均勻特性、空電混合制動特性及切換等因素，基于大系統(tǒng)理論，建立了具有未建模動態(tài)的非線性多質點動力學模型，并依據(jù)列車速度，將非線性模型表示為T-S（Taka