基于力观测器的高速列车牵引及粘着控制研究

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1、学校代码：密级：公开如交乂孳硕士学位论文基于力观测器的高速列车牵弓及粘着控制研究作者姓名廖文豪学科专业交通信息工程及控制指导教师宋永端教授培养院系电子信息工程学院二零一五年三月硕士学位论文基于力观测器的高速列车牵引及粘着控制研究作者：廖文豪导师：宋永端教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通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，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在

2、解密后适用本授权说明）学位论文作者签名导师签名签字曰期：年月签字日期：年孑月彡学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于力观测器的高速列车牵引及粘着控制研究作者姓名：廖文豪学号：导师姓名：宋永端职称：教授学位类别：工学硕士学位级别：硕士学科专业：交通信息工程及控制研究方向：智能控制及应用北京交通大学年月致谢不经意间，两年半的硕士研究生时光都已快结束了。值此论文即将完成之际，回顾起这段求学途中的令人难忘的点点滴滴：学术讨论班上热烈的师生互动；团队外出远足中的欢声笑语；实验室内紧张忙碌的工作学习等等，这些场景都还历历在目，令人感慨。在此，首先我要感谢的是我的导师

3、宋永端教授。作为我的指导老师，宋老师踏实严谨的治学态度和孜孜不倦的科研精神对我的成长产生了深远的影响。在整个硕士研究生阶段的学习和生活方面，我一直得到了宋老师的悉心指导和热心帮助。衷心感谢智能系统及再生能源研究中心的老师们，特别是蔡文川老师、刘峰老师和李鹏老师，他们对我的论文研究工作提供了重要的指导。衷心感谢宋琦师姐、李丹勇师兄、黄栋师兄、张震宇师兄、张晖师姐，以及好友安密同学、陆宽同学、李响同学、杨婉青同学、陈慧楠同学，感谢他们这两年半中来对我学习和生活上的帮助，感谢他们陪伴我度过了这段的美好学生时光。衷心感谢实验室的所有同学们，他们在我的日常生活和课题研究中提

4、供了强大的支持和热心的帮助。最后，特别感谢我的家人，二十多年来，一直身处校园的我，因为倍受他们的关怀与爱护，才能让我安心地学习，幸福地生活。对于家人的养育之恩，是我终身都难以回报的。在此，谨以此文献给他们，祝福他们永远健康、平安、幸福！再次向所有关心、支持和帮助过的亲人、师长和朋友们表示衷心的感谢，并致以最崇高的敬意！北京交通大学硕士学位论文中文摘要中文摘要在我国高速铁路路网规模大、跨度广，沿线复杂的地形、地质、气候等客观条件下，列车运行环境随着车速的提升变得越来越复杂多变。保证列车在这种高速度远距离条件下安全平稳运行，本质上取决于施加在列车上各种力的产生机理、变

5、化过程、相互作用及控制效果。本文主要分为下面几个部分：首先进行了高速列车受力分析和轮轨粘着基本理论研究：分别详细介绍了列车牵引力、制动力、运行阻力的产生原因、组成结构及影响因素；从微观角度分析了轮轨粘着过程；阐述了轮轨粘着特性及其主要影响因素。进而分别建立了单位移多质点的高速列车纵向动力学模型和车速影响下的三维轮轨粘着数学模型，该类模型考虑了车间作用力、列车运行阻力、轮轨气垫效应等非线性因素，更贴近系统的实际运行状况。基于该类模型，提出一种基于力观测器的牵引控制方法，研究了基于双力观测器和基于合力观测器两种方案，其基本原理是利用干扰观测器原理设计出粘着力观测器、干

6、扰力观测器及合成力观测器，以得到粘着力估计值、干扰力估计值及合成力估计值，将估计值引入控制过程，形成力层面的闭环反馈控制，保证顶层粘着力指令值满足牵引控制要求，底层粘着力按指令值得以最终实施，实现在克服非线性的列车运行阻力、车厢间作用力和时变的轮轨粘着条件等扰动下高精度跟踪牵引目标速度曲线。在粘着控制研究中，基于单轴动力学模型提出一种新型的主动粘着控制方法，其基本工作原理是：基于全维状态观测器原理设计出粘着力矩观测器，釆用粘着力矩估计值和变步长算法实时计算出自适应限制转矩，利用该转矩对牵引电机输出转矩进行在线动态监控。与以往的粘着控制方法相比，该方法能在无需获取车

7、体速度和轮轨表面信息的前提下，以事先预防而非事后补偿机制实现良好的主动粘着控制。在应对难以处理的轨面突变为低粘着条件问题时，该方法能快速有效地抑制空转现象，并在系统恢复稳定后实现粘着最大化利用。上述方案均在环境中进行了对比仿真试验，验证了其有效性。最后，总结了本文所开展的工作内容，并指出了下一步研究工作的建议。关键词：高速列车；复杂运行环境；牵引控制；力观测器；主动粘着控制；低粘着；粘着最大化利用北京交通大学硕士学位论文，，，，北京交通大学硕士学位论文，，：北京交通大学硕士学位论文目录中文摘要弓唁课题研究背景及意义国内外研究现状及发展列车牵引制动控制技术研究分析列

8、车粘着控制