基于输入约束在线辨识的高速列车主动粘着防滑牵引控制

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1、学校代码：密级：公开如交乂硕士学位论文基于输入约束在线辨识的高速列车主动粘着防滑牵引控制作者姓名陈慧楠学科专业控制理论与控制工程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输入约束在线辨识的高速列车主动粘着防滑牵引控制作者：陈慧楠导师：宋永端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，并釆用影印、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

2、论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在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：》：年月曰签字曰期：丨乂年月曰学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于输入约束在线辨识的高速列车主动粘着防滑牵引控制作者姓名：陈慧楠学号：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：控制理论与控制工程研宄方向：智能控制及应用北京交通大学年月致谢时光荏苒，转眼间我的硕士研宄生学习生涯即将告一段落。回首往昔，我一路走来很幸运地得到了很多的帮助；也正是因为这样

3、，我的人生中有了一段回想起来很温暖的记忆。深深感谢我的导师宋永端教授，是他给了我重新回到校园充实自己的机会。两年半的相处过程中，他渊博的理论知识、严谨的治学作风、敏锐的洞察力、独到的见解和一丝不苟的工作态度让我无比的钦佩、受益匪浅。在课题研宄和论文撰写期间，我得到了宋教授的悉心指导和帮助。他对我的教诲、他对人对事的态度是我今后人生中值得珍藏的一笔宝贵财富。深深感谢智能系统及再生能源研宄中心的老师们，特别是蔡文川老师和刘峰老师。在两年半的学习过程中，他们给予了我莫大的帮助。每当我在研究工作遇到困难和疑惑时，他们总能耐心地为我分析问题出现的原因，

4、并为我的课题研宄工作提供了思路和方法上的指导。深深感谢智能系统及再生能源研宄中心这个充满活力、团结友爱、学习研宄氛围浓郁的集体。在中心同学的支持和帮助下，我的课题研究和论文撰写得以顺利进行。深深感谢所有关心我的同学和朋友，是他们的鼓励和支持使我有勇气走得更远。最后，深深感谢我的父母和家人。在过去的日子里，不论我做出怎样的选择，他们始终如一地尽全力地支持我，使我有机会获得硕士学位。在前进的道路上，他们给予我极大的勇气和动力，我的每一点成绩和进步都凝聚着他们的心血。再次向所有关心、支持和帮助过我的亲人、师长和朋友们表示衷心的感谢，并致以最崇尚的敬

5、意！北京交通大学硕士学位论文摘要摘要近年来，构建安全、舒适、高效的列车客运系统成为高速铁路的重要发展方向，高速列车运行安全保障问题逐渐显现并受到关注。牵引系统作为高速列车关键子系统之一，其稳定性及粘着防滑性能直接影响列车运行安全。因此，牵引控制和粘着防滑控制是牵引系统中与列车运行安全相关的关键环节。本文针对这两个环节有机结合的问题，建立了基于粘着防滑约束的高速列车动力学模型；提出了基于支持向量机的高速列车车轮空转预测方法；并设计了基于空转预测器的高速列车主动粘着防滑牵引控制策略。本文主要包括以下几部分：首先，从粘着理论入手，深入分析粘着防滑控

6、制对牵引控制过程的作用规律，研究粘着防滑约束条件在列车模型中的等价形式，建立了基于粘着防滑约束的高速列车动力学模型。由此，两环节有机结合的问题转变为基于粘着防滑约束的牵引控制问题，即带有输入约束的控制问题。然后，为保证轮轨具有主动粘着防滑性能，研宄如何实现车轮空转预测。考虑到车轮空转常伴随着列车某些状态的明显变化，把车轮空转检测问题转化为基于支持向量机的区分车轮状态的分类问题；利用空转辨识最优超平面与粘着特性曲线峰值点的对应关系，通过适当平移最优超平面，提出了基于支持向量机的高速列车车轮空转预测方法，并通过两种具体方法实现。预测方法在空转发生

7、前发出车轮具有空转趋势的信号，并且不依赖粘着特性曲线的拟合。在中，一系列实验证明了空转预测方法的有效性，并构建了广泛适用的空转预测模型。同时，基于列车动力学模型和车轮空转预测模型，针对高速列车主动粘着防滑牵引控制问题进行研究与设计。通过把空转预测模型与相关控制策略相结合，两环节有机结合的问题最终转化为基于主动粘着防滑约束的牵引控制问题。针对此问题，提出了由牵引控制和基于空转预测器的主动粘着防滑控制两部分组成的主动粘着防滑牵引控制策略。根据牵引转矩限制方法的不同，即模型中在线辨识动态输入约束方法的不同，设计了两种控制策略。通过简单双环控制策略验

8、证控制策略基本方法的可行性；针对补偿牵引转矩可能出现的问题，设计了鲁棒自适应控制策略。利用李雅普诺夫方程对系统稳定性进行分析和验证，并且中的实验结果验证了该策略有效