基于鲁棒与自适应容错的高速列车粘着控制研究

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文基于鲁棒与自适应容错的高速列车粘着控制研究作者姓名陆宽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四月硕士学位论文基于鲁棒与自适应容错的高速列车粘着控制研究作者：陆宽导师：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。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：年日：十年寸月签字日期中图分类号：学校代码：：密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于鲁棒与自适应容错的高速列车粘着控制研究作者姓名：陆宽学号：导师姓名：宋永端职称：教授学位类别：工学学位级别：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值此论文即将完成之际，回首两年半的求学历程，感慨良多，对那些引导我、帮助我、激励我的人，我心中充满了感激。首先向我尊敬的导师宋永端教授致以最诚挚的感谢。在攻读

3、硕士期间，宋教授如明灯一般给我指引着研究方向，每当遇到困难，宋教授总是悉心指导、精心点拨，不断给予我在科研课题上潜心研宄的信心与鼓励。在两年半的硕士生涯中，深深体会到宋教授渊博的学识、严谨求实的科研态度以及孜孜不倦的指导风格，宋教授的言传身教，使我终身受益。衷心感谢蔡文川老师、刘峰老师、李鹏老师等在我论文选题与研宄过程中提出的宝贵意见与详细指导。老师们毫无保留地教我知识与方法，与我分享他丰富的生活和科研经验，这对于我是一笔非常宝贵的财富。衷心感谢智能系统及再生能源研究中心的同学们共同营造的温馨科研环境及上进的科研氛围

4、。衷心感谢同窗好友石运嘉、刘晓东、韩璐、祝文飞、李智等，感谢他们对我生活上和科研上的支持与帮助。衷心感谢我的父母及家人，感谢他们在精神上和物质上无私的支持与辛勤的付出，我成长的每一个脚步都离不开他们，养育之恩，无以言报，唯有以不息的奋斗，期待踏出美好的明天让他们为之骄傲！最后，再次向一路走来所有关心我、帮助我的老师、家人、同学和朋友们表示深深的感谢！祝福他们永远幸福平安！中：：摘要中文摘要摘要：近几年来，我国高速铁路发展迅速，对列车运行安全保障的要求不断提高。由于运行速度快、运行区域跨度大及运行环境复杂等因素，高速列

5、车运行安全保障问题尤为突出，研宄有关运行安全控制问题很有必要。作为保障高速列车运行安全的关键子系统，牵引与制动系统性能的可靠性、稳定性起着决定性作用。保证高速列车牵引与制动良好性能的关键是轮轨间稳定可靠的粘着特性，开展粘着控制方面的研宄是十分有必要的。轮轨间粘着是一个复杂多变的系统，良好的粘着特性可保证牵引与制动性能的稳定；若粘着特性遭到破坏，会出现滑行或空转现象，甚至可能发生脱轨、倾覆事故，严重威胁列车行车安全。所以，稳定可靠的粘着控制策略对保障高速列车运行安全有至关重要的作用。本文针对高速列车粘着控制问题的研宄工

6、作主要集中在以下几个方面：考虑到列车运行外部环境造成的复杂性、不确定性和未知性，复杂时变的轨面状态以及不可预测的地质灾害等因素，对粘着制系统进行了更为精确的动力学建模。所建立的模型精确性较强，更加充分地反应了系统的实际运行状况。鉴于高速列车运行状态与轮轨间粘着特性的特殊性，本文采用渐近跟踪控制作为高速列车粘着控制方式。为此，设计了变步长搜索算法来搜索期望跟踪目标，搜索过程仅依赖列车自身状态，避免了无法快速识别列车运行环境的难题，且变步长搜索比以往常规搜索算法在精度和速度上都有了提高。基于已建立的粘着系统模型和搜索算法

7、提供的期望跟踪目标，设计出了基于鲁棒估计的粘着控制算法。解决了粘着系统中非线性项不易有效获取的难题，且控制器不依赖于大量系统参数，结构简单，计算量小，易于实施。经李雅普诺夫稳定性证明，所设计控制策略稳定性得到了保证。将粘着控制执行设备不确定性非完全失效故障考虑进来，对模型进行了改进，并设计了鲁棒自适应容错控制算法。所设计控制策略不仅对系统模型不确定性及参数未知时变性、线路环境与轨面条件变化等因素拥有较强的鲁棒性，且对执行设备故障具备良好的容错能力。控制策略不需要大量系统模型信息及人为估计参数，结构简单、易于计算，能够

8、有效保障高速列车运行的平稳性和安全性，具备良好的使用价值。关键词：高速列车运行安全；粘着控制；变步长搜索；鲁棒估计；容错控制ABSTRACTABSTRACTABSTRACT:WiththerapiddevelopmentofHigh-SpeedTrain(HST)programinChina,theincreasingrequirementof