基于RBF网络逼近与鲁棒容错的列车自适应粘着控制

发布时间：2017-07-27 03:04

  本文关键词：基于RBF网络逼近与鲁棒容错的列车自适应粘着控制

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【摘要】：最近几年来,我国在高速列车方面发展迅猛,尤其是在铁路建设、铁路装备和铁路运营管理等方面取得了一系列突破性进展。由于我国铁路路网规模庞大、沿线地形复杂多变、各地气候不尽相同,并且随着运行速度的不断提升,列车运行环境变得更加复杂多变,因此列车的运行安全问题越来越受到社会的广泛关注。高速列车的运行安全与牵引系统中粘着控制的稳定性和性能有着密切的联系。因此,本文针对高速列车动力学建模时引入的不确定扰动和列车由于机械疲劳、磨损等多方面因素导致牵引效率下降的状况,进行研究并设计可靠的粘着防滑控制策略来保证列车稳定安全的运行。本文主要研究工作分为以下四部分：(1)首先详细阐述了轮轨间粘着机理,在微观角度研究了轮轨粘着过程,并分析了轮轨粘着特性及其主要影响因素。在此基础上,为了更加充分地体现高速列车在实际复杂环境下运行时受到的各种不确定时变扰动,列车模型中引入了未知时变干扰项,对列车创建了更为精确的动力学模型。(2)考虑到高速列车在运行过程中需要尽可能地提高轮轨间粘着利用率,本文中高速列车最优粘着控制采用渐近跟踪的控制方式来提高轮轨间粘着利用率。为此,本文设计了一种改进的变步长搜索算法来搜索期望跟踪目标,它不依赖于列车复杂多变的运行环境,仅与列车自身运行状态有关。相较于常规的搜索算法,改进的变步长搜索算法在精度和速度上都有较大的优势。(3)列车动力学模型中干扰的引入,虽然使列车粘着系统模型更加精确,但是也加大了粘着控制策略的设计难度。针对未知扰动的处理,本文采用RBF网络来逼近未知扰动项,设计出基于不确定逼近的RBF网络自适应粘着控制策略,并给出所设计的粘着控制策略在稳定性和有效性方面的证明分析。(4)鉴于列车动态模型系统参数的不确定性和外部运行环境的时变扰动性,同时将粘着控制系统执行设备的故障状况考虑进来,本文设计的改进型鲁棒自适应容错控制算法,避免了控制器工作点不连续可能造成的控制策略异常的缺陷,并且通过李雅普诺夫稳定分析法对所设计的控制策略做出了稳定性分析。为了验证本文所设计的粘着控制策略的有效性和稳定性,上述方案都在MATLAB环境下完成了数字仿真试验。文章最后对本文的主要研究内容做出了总结,并指出了下一步研究工作的建议。
【关键词】：高速列车运行安全 粘着机理 最优粘着控制 变步长搜索 RBF网络逼近 自适应控制 鲁棒容错控制
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U284.48
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 粘着控制技术研究现状13-16
• 1.3 粘着防滑控制技术研究分析16-17
• 1.4 主要工作17-19
• 2 粘着机理和高速列车动力学建模研究19-37
• 2.1 轮轨粘着基本理论19-23
• 2.1.1 粘着机理研究19-20
• 2.1.2 粘着特性研究20-22
• 2.1.3 粘着特性的主要影响因素22-23
• 2.2 高速列车最优粘着控制系统建模设计23-36
• 2.2.1 高速列车非线性动力学建模的研究24-27
• 2.2.2 牵引转矩观测器设计27-29
• 2.2.3 变步长搜索算法设计29-36
• 2.3 本章小结36-37
• 3 基于不确定逼近的RBF网络自适应控制策略研究与设计37-49
• 3.1 包含未知扰动的高速列车模型建立37-39
• 3.2 高速列车动态模型中扰动部分的RBF网络逼近39-40
• 3.3 控制器的设计与稳定性分析40-43
• 3.4 仿真验证43-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 鲁棒自适应容错控制策略研究与设计49-63
• 4.1 高速列车非线性系统动力学方程建立49-51
• 4.2 鲁棒自适应容错控制设计51-53
• 4.3 稳定性证明53-56
• 4.4 仿真验证56-61
• 4.5 本章小结61-63
• 5 总结与建议63-66
• 5.1 研究工作总结63-64
• 5.2 对未来工作的建议64-66
• 参考文献66-69
• 图索引69-70
• 表索引70-72
• 学位论文数据集72

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