《安全約束條件下的高速列車可靠牽引與制動控制》是依託北京交通大學，由宋琦擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：安全約束條件下的高速列車可靠牽引與制動控制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋琦
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著社會的進步，高速列車作為一種快捷有效的交通運載工具越來越受到人們的關注。規模化快速發展高速鐵路已成為我國經濟社會發展乃至國家安全的重大戰略需求，而列車的安全運行是高速鐵路建設和發展的根本前提。採用先進控制技術是確保列車在途安全與高效運行的重要途徑之一。本項目針對高速列車運行安全問題，重點研究安全約束下的可靠牽引與制動控制理論與方法。主要研究內容包括：(1)通過分析軌道車輛運行狀態、牽引/制動特性及不確定擾動等影響因素，根據不同的控制目標建立高速列車動力學模型；(2)考慮安全約束條件的高速列車魯棒自適應控制；(3)考慮非仿射非對稱飽和特性的高速列車魯棒自適應容錯控制。本項目研究對我國現有高速列車的安全運行與全自動無人駕駛軌道車輛的研製開發以及高速鐵路建設的持續穩定發展具有重要意義。
結題摘要
可靠的列車牽引與制動控制是保障高速列車安全高效運行的重要途徑之一。本項目針對高速列車運行安全問題，重點研究了安全約束下的高速列車可靠牽引與制動控制理論與方法，以使列車牽引與制動設備能夠在列車運行全過程中提供合適的牽引/制動力應對外界阻力、環境擾動以及牽引與制動執行器未知故障和非對稱飽和特性及死區等影響系統控制性能的因素，使列車實際速度與位移穩定跟蹤理想速度與位移。首先，本項目綜合考慮高速列車系統的本質屬性——不確定性和非線性非仿射特性，以及其可能受到的未知外界干擾，根據不同的控制目標建立了更貼近實際的高速列車多質點動力學模型，並進一步分析高速列車電機運行機理，研究了高速列車電機模型。在對模型分析的基礎上，本項目依據高速列車系統特性，依次設計了一系列魯棒自適應控制策略。項目首先考慮高速列車系統的不確定性和非線性非仿射特性，建立了整數階廣義PID控制方法。之後，為進一步提高高速列車位移和速度的跟蹤精度，本項目引入分數階微積分理論，提出了基於神經網路的分數階控制方法。由於神經網路會帶來逼近誤差，為避免該誤差對系統控制性能產生額外影響，本項目建立了可直接補償系統集總不確定項的整數階和分數階控制方法。此外，在實際運行過程中，為保證行車安全，高速列車自動控制系統需要有較快的反應速度，基於此，本項目提出了一種可調整系統穩定時間的高速列車有限時間牽引與制動控制方法。為提高系統瞬態性能，本項目在以上研究結果的基礎上，建立了一種在收斂過程中可動態維持系統穩態和瞬態性能的分數階PI跟蹤控制方法。在研究高速列車魯棒自適應控制策略的同時，本項目將容錯控制理論與上述控制方法相融合，建立了高速列車容錯控制方法，完成了從“故障後被動處理”到“故障前主動預防”機制上的根本轉變。
