基于滑模的列车运行速度跟踪控制研究

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1、基于滑模的列车运行速度跟踪控制研究1绪论1.1研究背景近年来，国民经济快速发展，人民的生活水平日益提高，人口不断增长，城市规模快速扩张，城市交通承受着很大的压力。与此同时，民众需要城市公共交通保证出行快速、安全、便捷。相比其他出行方式，城市轨道交通具有载客量大、准点率高、快速、环境污染小、耗能低、舒适性高、安全性高的特点，能够满足民众的迫切需求，城市轨道交通已经成为日常生活中重要的城市出行方式。在此形势下，我国城市轨道交通建设发展势头迅猛，各大城市相继开建轻轨、地铁等轨道交通基础项目设施。目前，在全国近50个具有地铁建设需求的城市中，国务院

2、己批复了其中28座城市幵展城市轨道交通建设工作。在北京、天津、上海、深圳、广州、杭州等35个城市的近期规划中，地铁占72%，轻轨占10%。到2015年，预计总投资金额能够达到11568亿元人民币，是2010年投资额的6倍。我国城市轨道交通将步入跨越式发展的新阶段。城市轨道交通系统往往采用高速度、高密度运营方式，必须采用先进可靠的交通信号系统进行管理与控制。在列车髙速、运行间隔短、载客量大的硬性要求下，以往依靠司机经验手动控制列车的难度显著提升，难以满足运行要求。对于上述轨道交通的要求，需要智能化的列车控制系统，用以优化列车运行，提高运行效率

3、，提高能源利用效率，列车自动控制系统(AutomaticTrainControl，ATC)由此应运而生。使用列车自动控制系统代替司机驾驶可以有效提升城市轨道交通运行的快速性、舒适性与节能性。由此众多学者开始对列车自动控制系统⑴进行研究，ATC中的列车自动驾驶(AutomaticTrainOperation,ATO)系统可以利用车载信息和地面信息实现对列车牵引、制动、巡航和惰行的自动控制，按照目标曲线行驶，自动调节列车速度，完成精确停车等功能。1.2研究现状现有的列车运行控制算法研究主要分为两个方向：一类是研究最优化目标速度曲线的优化问题；另

4、一类是研究精确跟踪目标速度曲线的跟踪问题。本文将精确跟踪目标速度曲线作为研究内容。列车是复杂的系统，列车运行控制需要综合考虑各种因素，才能实现速度精确跟踪。在列车运行控制发展过程中，相继出现了经典控制算法、参数自适应控制算法、智能控制算法和集成智能算法。每种算法都各有特点，能够解决列车运行控制中的特定问题。从上世纪中叶开始，国外的很多企业如日本的日立公司(Hitachi)、德国的西门子公司(Siemens)、英国的西屋公司(odelArticulationController,CMAC)自适应学习率的控制规律为基础，提出基于CMAC-PID

5、的控制曲线跟踪方法，克服了常规PID容易出现超调、收敛不佳的缺陷，一定程度上抑制了模型参数的变化和降低其受外部干扰的影响。2预备知识2.1列车运行控制系统列车运行控制系统在城市轨道交通中起着非常重要的作用，是指挥列车运行的关键系统，可以称为轨道交通系统的大脑。随着城市不断发展，城市轨道交通受到的压力越来越大，列车运营时间间隔越来越短，传统由司机控制列车运行的方式无法适应运行需求，列车自动控制系统应运而生。列车自动控制系统结合了现代科学技术中的通信技术、计算机技术、自动控制技术、传感和信息传输技术，在确保安全的前提下，能够使列车自动运行，自动

6、完成行车指挥操作。从而大大提高运输效率、减少运行时间、节约动力能源、降低工作人员的劳动强度。列车自动控制系统由三部分组成：列车自动驾驶(AutomaticTrainOperation，ATO)、列车自动防护(AutomaticTrainProtection,ATP)与列车自动监控(AutomaticTrainSupervision,ATS).列车自动驾驶系统接受控制中心的控制指令，根据设定目标自动调节列车运行速度，采用较好的驾驶策略节省能量，实现偏差很小的精确停车功能，实现自动折返功能。列车自动防护系统的车载设备与地面设备进行信息交互，保证

7、列车安全运行，防护列车超速，控制列车安全间隔，控制车门开闭。列车自动监控系统的主要功能是监控列车的运行状态，自动调整列车运行，保证列车按照预编制的列车时刻表运行，实现自动化的列车运行管理。随着计算机、通信和控制技术的飞速发展，以上述先进技术为基础的基于通信的列车控制系统(municationBasedTrainControl,CBTC)逐渐替代了基于轨道电路的列车控制系统。基于通信的列车控制系统结合先进的安全处理器技术、无线通信技术与列车定位技术，使列车运行拥有更可靠的系统性能与更高的运行效率。..2.2列车运行受力分析列车在运行过程会受到

8、多方因素影响，因此，通过理论推导定量计算非常困难。因此，在实际应用中通常是以牵引计算理论为基础，结合大量实际实验结果，总结整理出简单易用、符合实际运行情况的参考图表、曲线和公式，