基于改进模糊PID-Smith控制器的高速动车组停车方法

发布时间：2025-03-20 03:46

　　 为解决动车组制动过程中电制动与空气制动切换时控制模型参数变化和空气制动延时大的问题,以提高动车组停车的精确性,提出了一种改进模糊PID-Smith控制器;通过分析动车组制动过程中单个车厢的力学模型,考虑列车制动过程的特点,建立了关于运行速度和制动力的二阶纯延时传递函数;将离散化的二阶纯延时传递函数与单个车厢的力学模型结合,建立了动车组多质点控制模型,并分析了该控制模型的特点;提出了一种改进的模糊PID-Smith控制器,通过引入Smith预估控制器解决了动车组制动过程中空气制动系统延时大的问题,使用递推最小二乘法在线辨识了模型参数,以解决动车组制动过程中电制动切换到空气制动时的模型参数变化问题;采用模糊PID控制器代替Smith预估控制器中的PID部分,解决了PID参数整定难和鲁棒性差的问题;采用MATLAB软件对CRH380A型高速动车组进行仿真,在不同进站速度、不同减速度和不同程度干扰下,使控制器控制动车组跟踪设定速度,并与模糊PID控制器的结果进行对比。仿真结果表明:改进模糊PID-Smith控制器得到的动力单元速度与其设定速度的误差在0.4 km·h^-1以...

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【部分图文】：

图1 CRH380A型动车组单节车厢受力分析

动车组的制动方式有2种:电制动和空气制动。电制动将动车组的电动机当作发电机使用,将动车组的动能变成电能,同时产生制动力。空气制动是利用气压推动闸瓦和车轮接触,靠闸瓦和车轮产生摩擦形成制动力。在制动过程中,车厢受到制动单元的制动力、相邻车厢的车钩力、车厢自身的基本阻力与外界的附加阻....

图2 停车时电制动力和空气制动力的变化过程

制动指令发出后,动车组的电机建立制动力,此时空气制动指令还未下达,所以空气制动力为0。t0时刻列车自动驾驶(AutomaticTrainOperation,ATO)系统发出空气制动指令,延时约0.4s后空气制动力从0开始逐步上升,电制动力同步减小。t2时刻(速度为10k....

图3 Smith预估控制器结构

Smith预估控制器的基本原理是在PID控制器上并联一个反馈补偿环节补偿延时,从而提升控制器的控制效果。Smith预估控制器的结构见图3,其中:Gc(s)为PID的传递函数;G0(s)为被控对象的传递函数;Gk(s)为补偿环节的传递函数;τ为被控对象的响应延时;R(s)、C(s)....

图4 模糊PID控制器的基本原理

模糊控制是利用模糊集合理论将人的模糊思维方式转化为计算语言的智能控制方法。模糊PID控制器是利用模糊控制原理在线实时调整PID参数,其基本原理见图4,其中:e为列车速度设定值与实际值的偏差;de/dt为偏差的变化率;KP、KI和KD分别为模糊PID控制器输出的比例、积分和微分参数....

本文编号：4037332