高速列车滑模自抗扰黏着控制方法

作     者：李中奇 黄琳静 周靓 杨辉 唐博伟 LI Zhong-qi;HUANG Lin-jing;ZHOU Liang;YANG Hui;TANG Bo-wei

作者机构：华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 

出 版 物：《交通运输工程学报》 (Journal of Traffic and Transportation Engineering)

年 卷 期：2023年第23卷第2期

页      面：251-263页

核心收录：

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2020YFB1713703) 国家自然科学基金项目(52162048,61991404,U2034211) 江西省主要学科学术和技术带头人培养计划(20213BCJ22002) 

主　　题：高速列车 黏着控制 自抗扰控制 滑模控制 轮轨模型 极大似然估计 

摘      要：为解决高速列车运行过程中因轨面情况改变,导致列车没有达到最大黏着利用而出现空转或滑行等问题,设计了一种基于最大黏着系数的滑模自抗扰(SM-ADRC)黏着控制器;考虑轮轨间黏着特性的复杂、时变与非线性等特点,基于黏着机理分析,建立了轮轨间牵引系统的力学模型;采用极大似然估计(MLE)方法对不同轨面的相关参数进行辨识,计算了当前轨面的最大黏着系数,保证列车始终能达到最大黏着利用;通过引入滑模算法改进了自抗扰控制(ADRC)中非线性误差反馈控制律部分,设计了一种SM-ADRC黏着控制算法,利用Levant跟踪微分器减小初始跟踪误差,利用扩张状态观测器(ESO)估计和补偿系统总的外部扰动,由滑模控制提高系统的鲁棒性;采用MATLAB软件对CRH380A型高速列车进行仿真,在轨面情况改变时,由SM-ADRC黏着控制器控制列车跟踪设定速度,并将其与比例积分微分(PID)控制器、滑模控制器、ADRC的仿真结果进行对比。仿真结果表明:干燥轨面的最大黏着系数是0.160,16 s时辨识出真值;潮湿轨面的最大黏着系数是0.106,18 s时辨识出真值;ADRC的速度跟踪误差范围为±1 km·h^(-1),轨面变化后,速度跟踪误差波动幅度较大;SM-ADRC黏着控制器的速度跟踪误差范围为±0.4 km·h^(-1),轨面变化后,速度跟踪误差波动幅度较小,更加平滑稳定,速度控制跟踪精度更高,且优于PID和滑模控制方法。可见,所提出的SM-ADRC黏着控制器能够实现列车的快速黏着控制,并达到最大的黏着利用。