城轨列车自动驾驶积分反步线性自抗扰控制

作     者：岳丽丽 王一栋 肖宝弟 武晓春 YUE Lili;WANG Yidong;XIAO Baodi;WU Xiaochun

作者机构：兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070 北京康吉森交通设备有限公司北京101318 中车南京浦镇车辆有限公司江苏南京210031 

出 版 物：《湖南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Hunan University:Natural Sciences)

年 卷 期：2024年第51卷第8期

页      面：78-90页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 

基　　金：甘肃省科技重点研发计划项目(23YFGA0045) 中国国家铁路集团有限公司基金资助项目(N2022G012) 

主　　题：自动驾驶 线性自抗扰 积分反步 城轨列车 多质点模型 

摘      要：针对列车在外部干扰和不确定动态下的速度控制问题,设计了融合积分反步法和线性自抗扰的复合控制方案.首先,考虑列车具有强耦合性,为了更加符合列车真实的纵向动力学特性和受力情况,建立了具有时变系数的多质点模型.其次,为了降低参数调节的难度,跟踪微分器和扩张状态观测器均采用线性形式.跟踪微分器用于求取微分信号,同时具有滤波作用.利用跟踪微分器对虚拟控制量进行求导,正好可解决反步法中存在的“微分爆炸问题.扩张状态观测器用于实时估计总和扰动.此外,利用积分反步法改进了误差反馈控制律,设计了一种积分反步线性自抗扰控制(IBS-LADRC)算法.最后,证明了观测误差的收敛性及闭环系统稳定性.结合杭州地铁6号线AH型动车组参数和实际线路数据进行仿真,并将IBSLADRC与反步法、线性自抗扰算法、PID控制进行对比,结果表明:IBS-LADRC方法下各动力单元速度误差均处在±0.04 km/h以内,加速度处在±1 m/s2以内,加速度和速度误差均变化较平稳;车钩力相对其他3类方法最小,变化也最平缓,最大车钩力仅为2 320 N;本文控制策略对列车期望速度具有较高的跟踪精度,有利于保证车钩安全,防止车钩断裂,并提高列车运行的安全性、平稳性及乘客舒适度.