高速动车组自适应速度跟踪控制

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1、分类号：密级：UDC：学号：355906110008南昌大学博士研究生学位论文高速动车组自适应速度跟踪控制AdaptiveSpeedTrackingControlforHigh-speedEMU李中奇培养单位（院、系）：机电工程学院指导教师姓名、职称：杨辉教授申请学位的学科门类：工学学科专业名称：机械设计及理论论文答辩日期：2015年12月9日答辩委员会主席：评阅人：2015年月日学位论文独创性声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包

2、含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权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。本人授权南昌大学可以将学位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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权北京股份有限公司和中国学术期

3、刊（光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》和《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》中全文发表，并通过网络向社会公众提供信息服务，同意按“章程”规定享受相关权益。学位论文作者签名（手写）：导师签名（手写）：签字日期：论文题目年月日签字日期：年月日高速动车组自适应速度跟踪控制名李中奇学号355906110008论文级别博士■硕士□姓院/系/所E_mail备注：机电工程学院专业机械设计及理论lzq0828@163.com■公开□保密（向校学位办申请获批准为“保密”，年月后公开）摘要摘要近几年，高速铁路在我国迅猛发展，2015年底我国

4、高速铁路通车里程将达到近2万公里，运营动车组达2200列。目前，我国高速铁路工程建设水平位居世界前列，然而有关高速列车运行过程的动力学模型及其优化控制等应用基础研究相对滞后，制约了我国高速铁路的可持续发展。对高速列车运行过程的动力学建模及优化控制，使其对给定运行速度进行高精度跟踪，是未来高速动车组核心技术之一，对此基础理论研究具有重要的意义。本文针对高速动车组运行过程的动力学特性中存在非线性、参数不确定且时变和动车组各车辆间存在相互作用及耦合关系，分别建立了动车组的单质点、分布式模型和多智能体模型。以此为基础，以对给定速度的高精度跟踪为控制目标，运

5、用自适应广义预测控制、基于未建模动态补偿的自适应控制和改进的自适应多变量广义预测控制分别研究了相应的高速动车组速度跟踪问题，最后针对动车组的多个动力单元串联的结构，设计了基于多智能体的高速动车组分布式预测控制方法。主要内容及创新成果如下：首先，针对高速动车组单质点模型因阻力系数不确定而导致的模型参数时变，设计自适应广义预测控制器。该控制器首先针对高速列车运行过程模型参数时变，以高速动车组动力学单质点动力学机理模型为基础，根据动车组的实际运行过程数据和牵引/制动特性曲线，采用递推最小二乘方法辨识模型参数，建立相应的运行过程模型，以对给定速度进行跟踪为

6、控制目标，采用滚动优化、反馈校正的控制策略，实时生成动车组运行所需要的牵引/制动力。其次，针对高速动车组运行过程的非线性空气阻力所引起的未建模动态对动车组运行动态性能的影响，提出将动车组运行过程模型描述为由一个线性自适应模型与高阶非线性项即未建模动态集成的系统结构，采用ANFIS与一一映射相结合的方式来估计高阶非线性项，设计了带有高阶非线性项补偿器的非线性自适应控制器对给定速度进行跟踪控制，对所提自适应控制算法的稳定性和收敛性进行了证明。再次，针对自适应广义预测控制方法在控制的过程中只修改模型参数而不修改控制器的加权系数，而导致列车在起动、制动或工

7、况转换阶段控制效果变差的问题。根据动车组的实际的动力配置结构，把动车组的运行过程描述成一I摘要个多输入多输出的系统，建立动车组的分布式模型，采用改进的自适应多变量广义预测控制方法使动车组对给定速度进行跟踪，改进的自适应多变量广义预测控制方法在控制过程中不仅自适应模型参数，而且会根据新的模型参数调整控制器的控制参数，提高工况转换时动车组的控制性能。然后，针对高速动车组的动力学结构特点，将每个动力单元描述成一个智能体，基于各动力单元的运行数据和牵引/制动特性曲线，采用子空间辨识方法建立动车组的多智能体模型，以各智能体对给定速度的同步跟踪为控制目标，采用

8、基于邻域优化的分布式协调控制算法，优化各动力单元牵引/制动力的分配，实现各动力单元对给定速度的高精度跟踪，满足高速动车组的