基于自抗扰控制的高速列车自动驾驶算法研究

发布时间：2023-06-02 19:36

　　列车自动驾驶系统(ATO)是实现自动驾驶的核心。ATO的功能主要是计算合理的列车控制量,控制列车发车,调整运行速度,完成站内停车。相比于人工驾驶需要长期学习和经验积累,ATO可以直接提高控车水平,标准化运行操纵,对外界干扰快速响应,能够保证列车运行的安全、准点、舒适、节能等性能指标,因此研究列车自动驾驶算法具有重要意义。本文以高速列车自动驾驶系统为研究对象,以在保证列车安全舒适运行的前提下实现高精度的速度跟踪与精确停车为控制目标,根据列车牵引计算模型建立列车控制模型,设计了基于自抗扰控制的高速列车自动驾驶算法。为了进一步提高控制器的控制精度和鲁棒性,引入滑模面和滑模控制律对自抗扰结构中的误差反馈控制律部分进行设计。同时采用线性形式的扩张状态观测器,实现对系统扰动的估计和补偿,并且减少了可调参数,配合应用指数趋近律,以提高削弱抖振的效果。通过Matlab仿真实验,在不同线路条件下对自抗扰控制器和滑模自抗扰控制器的性能进行了验证和比较分析。为了更真实地模拟列车的运行过程,利于工程推广应用,考虑牵引与制动系统的延迟特性,结合列车牵引计算模型和牵引制动系统模型建立列车时滞控制模型。在滑模自抗扰...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 列车自动驾驶的研究现状
        1.2.1 列车自动驾驶离线优化算法
        1.2.2 列车自动驾驶在线跟踪控制算法
    1.3 自抗扰控制技术的研究现状
    1.4 论文主要研究工作
第2章 高速列车系统分析
    2.1 列车牵引计算模型
        2.1.1 列车运动学方程
        2.1.2 列车牵引力
        2.1.3 列车制动力
        2.1.4 列车基本运行阻力
        2.1.5 列车线路附加阻力
        2.1.6 刚性多质点模型
    2.2 列车自动驾驶系统
        2.2.1 列车自动控制系统
        2.2.2 列车自动驾驶系统的功能
    2.3 高速列车自动驾驶控制过程分析
    2.4 本章小结
第3章 自动驾驶控制算法原理分析
    3.1 自抗扰控制原理
        3.1.1 经典PID算法分析
        3.1.2 自抗扰控制系统结构
    3.2 滑模变结构控制原理
        3.2.1 滑模控制基本原理
        3.2.2 滑模控制抖振问题
    3.3 滑模自抗扰控制结构设计
    3.4 本章小结
第4章 基于滑模自抗扰控制的自动驾驶跟踪算法研究
    4.1 列车控制模型
    4.2 控制器设计
        4.2.1 自抗扰控制器设计
        4.2.2 滑模自抗扰控制器设计
    4.3 仿真分析
        4.3.1 列车参数与约束条件
        4.3.2 仿真结果与分析
    4.4 本章小结
第5章 基于列车时滞模型的滑模自抗扰控制算法设计
    5.1 列车牵引与制动系统模型
    5.2 列车时滞模型状态空间方程建立
    5.3 基于列车时滞模型的滑模自抗扰控制器设计
        5.3.1 扩张状态观测器设计
        5.3.2 滑模控制律设计
    5.4 仿真结果与分析
        5.4.1 列车参数与约束条件
        5.4.2 仿真结果与分析
    5.5 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文



本文编号：3827905