基于神经网络自适应的P控制及在列车牵引控制中的应用
发布时间：2021-01-09 23:35
由于运营环境以及路况干扰的影响,在牵引制动过程中列车车轮仍面临着打滑空转或者颠簸等不稳定现象。本文针对列车车轮建立并完善其动力学模型,设计基于神经网络自适应算法的控制器,完成速度跟踪控制,并结合交叉控制的方式设计同步控制器,协调各个轮对之间的控制。论文的研究内容主要包括以下几个部分:首先,论文分析了列车驱动轮对的受力情况,建立并完善了其动力学数学模型,着重分析了列车运行过程中可能遇到的外界干扰、设备执行效率因子以及多个对象间差异的影响。本文针对多个轮对之间控制不一致的问题采用相邻交叉耦合控制方式,设计相应的跟踪控制器和同步协调控制器。其次,论文提出了一种基于神经网络自适应算法的控制策略,对神经网络结构中神经元个数以及激活函数的选择做了进一步的分析,引入了广义的神经元自增长算法以及多层分组的新型网络结构。网络结构中每组选择不同的激活函数,每组可以根据误差值实现神经元个数的调节。控制策略改变了固定神经元个数模式的同时丰富了网络结构,提高了网络的学习能力。然后,论文根据所提出的神经网络自适应算法,设计了速度跟踪控制器和同步协调控制器。速度跟踪控制器实现对列车牵引轮对速度的控制,同步协调控制器...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＣＲＨ３型动车组整体结构图??
??图２－８偏差耦合控制示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－８?Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??相邻交叉耦合的控制除了控制自身误差值之外将相邻的两个单元的误差信号??做比较作为同步控制器的输入信号，从而将相邻的单元之间建立关系形成关联的??系统，消除与相邻牵引单元之间的误差值达到协同控制的效果［４４］。相邻交叉耦合??的控制方式适合三个或者三个以上的单元。目前，在城市轨道列车中应用的永磁同??步电机及电传动系统，具有能源利用率高、低功耗和噪音小等优点，将是技术发展??的趋势。采用永磁电机作为驱动电机就需要对应相应的牵引变流器进行控制，并行??的控制方式已经无法满足需求，轮对之间的同步控制多采用相交叉耦合的方式，如??图２－９所示。??＃?牘枺崳?■?”?１?６?１１???＾［＂控制器１１——牵引轮对１１??？??Ｓ?１?２??＂Ｋ?ｇ?２１??￣￣——控制器２?｜——Ｍ牵引轮对２?｜??？??Ｓ?２２??图２－９相邻交叉耦合控制示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－９?Ａｄｊａｃｅｎｔ?ｃｒｏｓｓ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??因此，假设多个独立被控对象的条件下，经过控制策略的比较，本文将采用相??交叉耦合的方式设计同步控制单元。同步控制器是同步控制系统中的一部分
?３０??时间（Ｓ）??图３－２不同神经元个数下控制器输出对比图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－２?Ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｏｕｔｐｕｔ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｎｅｕｒｏｎｓ??１?；?ｉ?［?ｉ?ｉ?ｉ?：??Ｑ???＿??。６－?－??０．４－?—ｍ＝３０?－??疆一?Ｖ—、＾一Ｉ?一ｉ??＾?－０．２－?－??－０．４－??－０．６?－?－??－０．８－?－??Ａ??Ｉ?［?：?：?［?＇??＇０?５?１０?１５?２０?２５?３０??时间（Ｓ）??图３－３不同神经元个数下误差值对比图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－３?Ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｒｒｏｒ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｎｅｕｒｏｎｓ??２５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电动机电感参数测量的研究综述[J]. 章金晶,汤宁平. 电气技术. 2018(02)
[2]下一代高速列车关键技术的发展趋势与展望[J]. 张卫华,缪炳荣. 机车电传动. 2018(01)
[3]无线供电高铁列车非对称耦合机构[J]. 苑朝阳,张献,杨庆新,李阳,章鹏程. 电工技术学报. 2017(18)
[4]高速列车防滑控制策略研究[J]. 孙环阳,罗飞平,王群,杨磊,杨硕. 机车电传动. 2017(05)
[5]基于通信的列车控制信号系统安全控制平台的架构[J]. 李广诚. 城市轨道交通研究. 2017(S1)
[6]柔性轨道下高速列车车轮谐波磨耗对轮轨滚动接触蠕滑特性的影响[J]. 周新建,肖乾,程树,杨逸航. 中国铁道科学. 2017(04)
[7]基于BP神经网络的高速动车组牵引能耗计算模型[J]. 王黛,马卫武,李立清,杨叶,向初平. 中南大学学报(自然科学版). 2017(04)
[8]同步控制策略在高速列车牵引电机中的应用[J]. 董凡,方攸同,黄晓艳,李静. 微电机. 2016(08)
[9]新干线电动车组车轴疲劳强度设计方法和维修[J]. 石■ 弘道,蔡千华. 国外铁道车辆. 2016(03)
[10]高速列车传动系统特征参数经典域优化[J]. 刘玉梅,赵聪聪,熊明烨,张志远,乔宁国. 西南交通大学学报. 2016(01)
博士论文
[1]基于迭代学习控制的几类列车自动控制问题研究[D]. 王轶.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]基于RBF神经网络和FPGA的磁浮车间隙传感器温度补偿研究[D]. 何飞.西南交通大学 2017
[2]基于多智能体一致技术的高速列车分布式控制[D]. 王天稚.北京交通大学 2017
[3]高速动车组制动过程建模及控制器设计[D]. 蒋志飞.华东交通大学 2016
[4]列车牵引控制单元软硬件设计与研制[D]. 王雨琦.西南交通大学 2015
[5]高速列车自适应主动防滑牵引与制动控制[D]. 杨婉青.北京交通大学 2015
[6]基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制方法研究与实现[D]. 文龙.湖南工业大学 2014
[7]多永磁电机传动系统的同步控制策略研究[D]. 蒋毅.浙江大学 2014
[8]多电机同步控制系统控制策略研究[D]. 刘艳.沈阳工业大学 2013
[9]高速列车永磁牵引电机同步控制建模与仿真研究[D]. 巩思茜.浙江大学 2013
本文编号：2967616
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＣＲＨ３型动车组整体结构图??
??图２－８偏差耦合控制示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－８?Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??相邻交叉耦合的控制除了控制自身误差值之外将相邻的两个单元的误差信号??做比较作为同步控制器的输入信号，从而将相邻的单元之间建立关系形成关联的??系统，消除与相邻牵引单元之间的误差值达到协同控制的效果［４４］。相邻交叉耦合??的控制方式适合三个或者三个以上的单元。目前，在城市轨道列车中应用的永磁同??步电机及电传动系统，具有能源利用率高、低功耗和噪音小等优点，将是技术发展??的趋势。采用永磁电机作为驱动电机就需要对应相应的牵引变流器进行控制，并行??的控制方式已经无法满足需求，轮对之间的同步控制多采用相交叉耦合的方式，如??图２－９所示。??＃?牘枺崳?■?”?１?６?１１???＾［＂控制器１１——牵引轮对１１??？??Ｓ?１?２??＂Ｋ?ｇ?２１??￣￣——控制器２?｜——Ｍ牵引轮对２?｜??？??Ｓ?２２??图２－９相邻交叉耦合控制示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－９?Ａｄｊａｃｅｎｔ?ｃｒｏｓｓ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??因此，假设多个独立被控对象的条件下，经过控制策略的比较，本文将采用相??交叉耦合的方式设计同步控制单元。同步控制器是同步控制系统中的一部分
?３０??时间（Ｓ）??图３－２不同神经元个数下控制器输出对比图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－２?Ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｏｕｔｐｕｔ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｎｅｕｒｏｎｓ??１?；?ｉ?［?ｉ?ｉ?ｉ?：??Ｑ???＿??。６－?－??０．４－?—ｍ＝３０?－??疆一?Ｖ—、＾一Ｉ?一ｉ??＾?－０．２－?－??－０．４－??－０．６?－?－??－０．８－?－??Ａ??Ｉ?［?：?：?［?＇??＇０?５?１０?１５?２０?２５?３０??时间（Ｓ）??图３－３不同神经元个数下误差值对比图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－３?Ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｒｒｏｒ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｎｅｕｒｏｎｓ??２５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电动机电感参数测量的研究综述[J]. 章金晶,汤宁平. 电气技术. 2018(02)
[2]下一代高速列车关键技术的发展趋势与展望[J]. 张卫华,缪炳荣. 机车电传动. 2018(01)
[3]无线供电高铁列车非对称耦合机构[J]. 苑朝阳,张献,杨庆新,李阳,章鹏程. 电工技术学报. 2017(18)
[4]高速列车防滑控制策略研究[J]. 孙环阳,罗飞平,王群,杨磊,杨硕. 机车电传动. 2017(05)
[5]基于通信的列车控制信号系统安全控制平台的架构[J]. 李广诚. 城市轨道交通研究. 2017(S1)
[6]柔性轨道下高速列车车轮谐波磨耗对轮轨滚动接触蠕滑特性的影响[J]. 周新建,肖乾,程树,杨逸航. 中国铁道科学. 2017(04)
[7]基于BP神经网络的高速动车组牵引能耗计算模型[J]. 王黛,马卫武,李立清,杨叶,向初平. 中南大学学报(自然科学版). 2017(04)
[8]同步控制策略在高速列车牵引电机中的应用[J]. 董凡,方攸同,黄晓艳,李静. 微电机. 2016(08)
[9]新干线电动车组车轴疲劳强度设计方法和维修[J]. 石■ 弘道,蔡千华. 国外铁道车辆. 2016(03)
[10]高速列车传动系统特征参数经典域优化[J]. 刘玉梅,赵聪聪,熊明烨,张志远,乔宁国. 西南交通大学学报. 2016(01)
博士论文
[1]基于迭代学习控制的几类列车自动控制问题研究[D]. 王轶.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]基于RBF神经网络和FPGA的磁浮车间隙传感器温度补偿研究[D]. 何飞.西南交通大学 2017
[2]基于多智能体一致技术的高速列车分布式控制[D]. 王天稚.北京交通大学 2017
[3]高速动车组制动过程建模及控制器设计[D]. 蒋志飞.华东交通大学 2016
[4]列车牵引控制单元软硬件设计与研制[D]. 王雨琦.西南交通大学 2015
[5]高速列车自适应主动防滑牵引与制动控制[D]. 杨婉青.北京交通大学 2015
[6]基于滑模变结构的相邻交叉耦合同步控制方法研究与实现[D]. 文龙.湖南工业大学 2014
[7]多永磁电机传动系统的同步控制策略研究[D]. 蒋毅.浙江大学 2014
[8]多电机同步控制系统控制策略研究[D]. 刘艳.沈阳工业大学 2013
[9]高速列车永磁牵引电机同步控制建模与仿真研究[D]. 巩思茜.浙江大学 2013
本文编号：2967616
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