基于状态估计的高速铁路受电弓主动控制方法研究

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1、国内图书分类号：U225.3密级：公开国际图书分类号：625西南交通大学研究生学位论文基于状态估计的高速铁路受电弓主动控制方法研究年级二O一二级姓名鲁小兵申请学位级别工学博士专业电气工程指导老师刘志刚教授/博导二零一八年一月二十日ClassifiedIndex:U225.3U.D.C:625SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationSTATEESTIMATION-BASEDACTIVECONTROLSTRATEGYOFHIGH-SPEEDRAILWAYPANTOGRAPHGrade:2012Candidate:Lu

2、XiaobingAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DSpeciality:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.LiuZhigangJan.20,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用

3、本授权书；２．不保密Ｓ／，使用本授权书。“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：指导老师签名：曰期丨６：川Ｈ曰期：西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研宄工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其伧个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄斂出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：１受电弓在不同非理想条件下的状态获取问题（）：给出了基于卡尔曼滤波器的可同时考虑ｆｌ

4、测数据随机丢失和模型参数扰动的受电弓状态鲁棒迭代估计方法（论文３．２节）；给出了应用自适应容积卡尔曼滤波器实现噪声统计特性未知时的受电弓状态估计方法（论文３．３节）；给出了应用自适应积强跟踪态计现ｆｉ测噪声统计性未容状估实特知且时时的（变受电弓状态估计方法论文３．４节２基于验先信息的受电有系（）弓限频域控制方法：提出了面向控制的弓网统增广矩状态空间模型，分析了主阵动控制的目标问题；给出了多目标旮棒控制器，同时考触、．虑了接力标准差和平均值作动器输出以受电控制对接鲑的影响（论文４３及弓网）接鲑，节；用密度分析力先验信息辨识其中所包含的接蝕有结构利功

5、率谱了了网固特息验信息的受电多有频域控制器，结合状态估；设计了基于先弓目标限计实现了征信）态（论４．４节。状反馈控制文电标笹榨控方法：为提高控制实性３动器时滞的受弓多目制器用，根据考虑作作（）时确定，利用显式设计方法分别给出了确定时滞（论文５．３节）和随动器滞是否已知或，）的基于态计的受电弓目标主动控制方法触时滞（论文５．４下状估多降低接力标机节的控提髙时存在。动器出，时滞制器极大了滞下的控制差的同时限制了作输考虑效率准论文者签名：学位作〇１＞６０曰期：．．．．＇？．■■？．西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要高速

6、铁路安全可靠运行的一个重要条件是接触网与受电弓稳定的滑动接触，二者的动态耦合质量在一定程度上决定了车辆受流质量，其重要标志之一就是弓网接触力的波动程度。随着运行速度的不断提高，再加上外界环境的影响，弓网接触力波动越来越剧烈，严重干扰了为车载牵引设备的供能。受电弓主动控制是降低接触力波动的有效途径和手段。但过去研究存在模型简单导致验证不充分、不考虑控制器输入以及未考虑实际应用过程中的作动器时滞等多种问题。基于此，本文以高速铁路受电弓、单弓-网系统和双弓-网系统为主要研究对象，以降低弓网系统接触力波动为主要目标，以受电弓主动控制为主要手段，以“弓网系统建模→受电弓状态估计→基于

7、估计的有限频域控制→考虑作动器时滞的控制器设计”为研究路线研究了高速铁路受电弓主动控制中的若干关键问题。首先，建立了弓网系统动态耦合模型。在受电弓建模方面，利用拉格朗日方程建立了受电弓框架的整体运动微分方程，通过对不同杆件动能、势能和外力分析，推导了受电弓多刚体模型；建立了受电弓三元归算质量模型。在接触网建模方面，将接触线和承力索在特定时刻接触点处的位移表示为一系列正弦函数和的形式，结合单元力分析，建立了基于模态分析法的接触网模型；建立了基于非线性索单元的接触线和承力索模型以及基于非线性杆单元的吊弦模型，进而建立了