高速铁路列车容错控制

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1、学校代码：密级：公开七交遂乂孳博士学位论文论文题目高速铁路列车容错控制学科专业交通信息工程及控制作者姓名陶涛指导教师徐洪泽教授博士学位论文高速铁路列车容错控制作者：陶涛导师：徐洪泽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。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：

2、导师签名签字曰期：夕丨广年月方曰签字日期：力年中图分类号学校代码：：密级：公开北京交通大学博士学位论文高速铁路列车容错控制作者姓名：陶涛学号：导师姓名：徐洪泽职称：教授博导学位类别：研究生学位级别：博士学科专业：交通信息工程及控制研宂方向：轨道交通控制与安全北京交通大学年月致谢本论文的工作是在我的导师徐洪泽教授的悉心指导下完成的，徐洪泽教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此表示衷心的感谢。在论文开题及撰写期间，侯忠生教授、魏学业教授、陈德望教授等提出了许多宝贵的意见，柳向斌、金尚泰、张文静等老师，罗恒钰、

3、张梦楠、王龙生等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此表示衷心的感谢。另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成学业。中文摘要中文摘要摘要：经过十余年的铁路大提速及高速铁路建设，中国已经形成了以“高铁”为标志的高速铁路网络。与传统低速列车相比，发生相同故障时，时速公里的高速列车会带来更加严重的危害，因此，故障下的高速列车运行控制问题已经成为轨道交通领域的研究热点。本文首先针对高速列车动力学模型的不确定性与运行阻力带来的非线性特性，以及牵引制动系统可能发生的一系列故障，分别建立了不同故障条件下高速列车的多质点

4、动力学模型。在此基础上，分别针对不同工况研宄相应的高速列车容错控制问题，最终针对更具一般性的高速列车工况，设计了具有广泛适用性的高速列车容错控制器。本文主要研宄内容及创新成果如下：首先，针对高速列车线性模型中参数已知，且牵引制动系统电气或机械模块发生了恒偏差或恒倍差故障，设计了高速列车被动容错控制器，进行了仿真验证并给出了系统稳定性的理论证明；在此基础上，针对参数己知但存在不确定性，且牵引制动系统电气或机械模块发生了恒偏差或恒倍差故障时，设计了高速列车鲁棒容错控制器，进行了仿真验证，并给出了系统稳定性的理论证明。其次，针对高速列

5、车线性模型中部分参数未知，且牵引制动系统电气或机械模块发生了叠加时变扰动的未知恒偏差故障，设计了相应的高速列车容错控制器。首先，为了消除高速列车容错控制器在切换时出现的不连续，在神经网络模块中加入平滑切换函数，得到高速列车故障诊断模块。然后，在自适应控制器中加入约束项，设计了高速列车保性能容错控制器，仿真结果表明高速列车的位置与速度跟踪误差能够满足预先设定的要求。最后，给出了系统稳定性的理论证明。然后，针对高速列车非线性模型中运行阻力的非线性特性，且牵引制动系统的电气或机械模块发生了叠加时变扰动的未知恒偏差输出故障，设计了相应的

6、高速列车容错控制器。首先，利用状态观测器，得到了未出现故障时高速列车位置与速度跟踪误差的最大值的估计，作为故障诊断的指标。基于浸入与不变理论，设计了一系列的自适应参数估计器，在此基础上，根据故障状况切换高速列车自适应参数估计器，进而得到了浸入与不变容错控制器。仿真结果表明高速列车的位置与速度跟踪误差能够收敛到有限界内。最后，给出了系统稳定性的理论证明。最后，针对包含了前述三种情形的更复杂工况，即高速列车非线性模型中列北京交通大学博士学位论文车设计参数未知，且牵引制动系统电气或机械模块发生了带有未知参数的跳变倍差故障，设计了相应的

7、高速列车容错控制器。首先，通过加入单调，简化了求取过程，设计了故障诊断模块。然后，对于高速列车中同时存在跳变倍差故障以及牵引系统饱和的情况，设计了高速列车直接自适应容错控制器。仿真结果表明高速列车的位置与速度跟踪误差能够收敛到有限界内。最后，给出了系统稳定性的理论证明。关键词：高速列车；运行控制；容错控制；非线性系统；执行器故障分类号：ABSTRACTABSTRACTABSTRACT:Thehigh-speedrailwaynetwork,markedby“，’，“北京交通大学博士学位论文目录目录巾：；■弓选题背景及意义列车运行

8、控制研究现状容错控制的研究及应用现状存在的问题及论文主要研宄内容列车运行控制研宄中存在的问题论文主要研宄内容参数己知线性模型的高速列车被动容错控制模型参数己知的高速列车完整容错控制问题描述控制器设计数值仿真模型参数己知的高速列车可靠容错控制控制器设计数值仿真模型