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计及动力部分损失的动车组精准停车自适应模糊控制

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：王中森李茂青岳丽丽王耀东高云波兰州交通大学自动化与电气工程学院

列车执行器未知故障引起的动力部分损失、列车模型参数不确定和未知外界干扰可能会造成停车精度降低进而影响运行效率，为解决上述问题影响下的动车组速度跟踪和精准停车问题，考虑设计一种输入饱和的自适应控制方案。首先，考虑列车的... 详细信息

列车执行器未知故障引起的动力部分损失、列车模型参数不确定和未知外界干扰可能会造成停车精度降低进而影响运行效率，为解决上述问题影响下的动车组速度跟踪和精准停车问题，考虑设计一种输入饱和的自适应控制方案。首先，考虑列车的非线性，建立执行器复合故障下的多质点列车动力学模型，使用存在有界逼近误差的光滑非线性函数来逼近饱和函数，并根据中值定理将非仿射系统转换为仿射系统。其次，基于动车组故障模型，结合自适应模糊逻辑系统和反步法设计一种不需要执行器故障信息的自适应模糊容错控制器，利用自适应模糊逻辑系统逼近系统中未知外部干扰、模型不确定项等系统函数，并通过使用范数估计方法使得每个模糊逻辑系统只需要一个自适应参数，降低系统自适应更新律的复杂度。然后，根据李雅普诺夫稳定性定理证明闭环系统所有信号均有界，并且通过选取适当的控制器参数可保证跟踪误差收敛到原点附近任意小的邻域内。最后，选取CRH5型动车组作为控制对象进行仿真试验。仿真数据显示：控制器可以确保动车组平稳运行，同时使得最终停车误差在±0.5cm以内，并且控制输入始终在受限范围内。仿真结果说明所设计的控制器可以在执行器复合故障和输入饱和同时存在的情况下完成预期控制目标并有效抑制外界干扰与模型不确定的影响。

关键词：动车组多质点模型精准停车输入饱和容错控制自适应模糊控制

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多维地震作用下输电塔线体系多质点模型研究

武汉理工大学学报 2019年第6期41卷 47-52页

作者：魏文晖袁超王浩胡郢武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室武汉430070

探讨了考虑摇摆分量作用后,在横线向地震作用下,输电塔线体系的等效多质点模型(垂链模型)的合理性。为此,对考虑摇摆分量作用后的塔线体系的多质点模型(垂链模型)进行理论分析,并采用实际输电塔线体系的简化缩尺模型,进行单塔模型、三... 详细信息

探讨了考虑摇摆分量作用后,在横线向地震作用下,输电塔线体系的等效多质点模型(垂链模型)的合理性。为此,对考虑摇摆分量作用后的塔线体系的多质点模型(垂链模型)进行理论分析,并采用实际输电塔线体系的简化缩尺模型,进行单塔模型、三塔两线模型及单塔悬挂质量模型在水平和水平-摇摆两种地震作用工况下的振动台试验。结果表明:考虑地震动摇摆分量后,在横线向地震作用下,采用输电塔线的等效多质点模型(垂链模型)对输电塔线体系进行等效是合理有效的;输电线对输电塔主体结构的水平位移和加速度响应有一定的减弱效果,考虑摇摆分量后,这种减弱效果将会被削弱。

关键词：输电塔线体系摇摆地震动多质点模型振动台试验

神朔铁路万吨重载列车涌动有限集预测控制研究

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机车电传动 2024年第1期 93-100页

作者：张全明钟谱华朱龙国能包神铁路集团有限责任公司陕西榆林719316 中车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲412001

神朔铁路是我国重要的重载货运线路,重载列车运行环境恶劣,操纵困难,列车涌动严重影响运行平稳性和行车安全。针对神朔铁路行车过程中的涌动问题,文章分析了重载列车涌动发生时的信号特征,搭建了基于弹性阻尼车钩的列车多质点动力学模型... 详细信息

神朔铁路是我国重要的重载货运线路,重载列车运行环境恶劣,操纵困难,列车涌动严重影响运行平稳性和行车安全。针对神朔铁路行车过程中的涌动问题,文章分析了重载列车涌动发生时的信号特征,搭建了基于弹性阻尼车钩的列车多质点动力学模型,通过仿真分析了重载列车无涌动和有涌动时的运行状态,针对重载列车的涌动问题提出了一种有限集预测控制方法,仿真验证了该预测控制能够减小列车涌动时的速度波动和最大车钩力。

关键词：重载列车平稳性涌动多质点模型有限集预测控制

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基于多质点模型的动车组精准停车自适应控制

控制理论与应用 2022年第8期39卷 1579-1586页

作者：李茂青王以庆高云波阳长琼兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

精准停车是列车自动驾驶系统的关键技术之一,有助于提高乘客上下车效率,降低列车停站晚点风险.本文针对动车组精准停车问题,建立动车组多质点非线性动力学模型,处理各节车厢因随机且未知的乘车人数分配不同的制动力.在此模型的基础上,... 详细信息

精准停车是列车自动驾驶系统的关键技术之一,有助于提高乘客上下车效率,降低列车停站晚点风险.本文针对动车组精准停车问题,建立动车组多质点非线性动力学模型,处理各节车厢因随机且未知的乘车人数分配不同的制动力.在此模型的基础上,利用动车组运行过程中的状态偏差,设计自适应控制器.针对模型动态非线性和参数的未知性,设计参数的估计律,对参数值进行实时估计.根据输入–输出稳定性理论,通过构建含参数估计误差的Lyapunov函数,证明自适应控制算法的渐近稳定性.仿真结果表明:基于动车组多质点模型,参数自适应控制器分配不同的控制输入给复合控制单元进行协调制动.该控制方法在实现动车组平稳运行的同时,使得停车误差在±5 cm以内.

关键词：精准停车多质点模型动车组参数自适应控制输入–输出稳定性

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输电线路动力分析的多质点模型研究

华中科技大学学报（城市科学版） 2003年第2期20卷 1-5页

作者：瞿伟廉殷惠君陈波武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070

介绍了输电线路振动的基本特点 ,采用多质点模型对塔线体系的耦联振动进行了研究 ,重点分析了多质点模型的几个模型参数对动力特性的影响 .对工程实例的仿真分析表明 ,该模型能较准确地反映输电线路的塔线耦联振动效应。

关键词：输电线路动力分析多质点模型塔线耦联振动效应

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基于多质点模型的高速列车自适应速度跟踪

控制工程 2023年第3期30卷 393-400页

作者：杨辉丁盼谭畅华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013 江西省先进控制与优化重点实验室江西南昌330013

为了提高高速列车的控制精度,设计了基于高速列车多质点模型的自适应跟踪控制策略,实现了对给定速度曲线的渐近跟踪。首先,通过对高速列车进行受力分析,得到考虑非线性阻力和相邻车厢间的车间作用力的高速列车多质点动力学模型;然后,充... 详细信息

为了提高高速列车的控制精度,设计了基于高速列车多质点模型的自适应跟踪控制策略,实现了对给定速度曲线的渐近跟踪。首先,通过对高速列车进行受力分析,得到考虑非线性阻力和相邻车厢间的车间作用力的高速列车多质点动力学模型;然后,充分运用自适应方法善于处理系统不确定性的能力,设计了高速列车直接自适应控制策略,实现了其对给定速度曲线的渐近跟踪;最后,基于CRH380A型高速列车多质点模型进行了仿真验证,结果表明所设计的多质点自适应控制策略对给定速度曲线的跟踪具有较高的精度,为高速列车的智能驾驶奠定了基础。

关键词：高速列车多质点模型模型参考自适应控制速度跟踪

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高速动车组分布式全局快速终端滑模控制策略

铁道学报 2023年第4期45卷 41-50页

作者：李中奇唐博伟杨辉黄琳静华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013 江西省先进控制与优化重点实验室江西南昌330013

速度跟踪控制是高速动车组自动驾驶的关键技术之一。通过分析列车运行过程的动力学关系,将车钩系统描述为弹簧-阻尼器系统,并考虑列车受到的附加阻力,以及由于列车车钩形变产生的列车长度变化等,建立高速动车组纵向多质点动力学模型。... 详细信息

速度跟踪控制是高速动车组自动驾驶的关键技术之一。通过分析列车运行过程的动力学关系,将车钩系统描述为弹簧-阻尼器系统,并考虑列车受到的附加阻力,以及由于列车车钩形变产生的列车长度变化等,建立高速动车组纵向多质点动力学模型。在此模型基础上,设计分布式全局快速滑模控制器,此策略连续的控制率消除了传统滑模控制的抖振问题,控制器考虑动车与拖车的不同动力分配和牵引电机的输出功率上限,分别对动车与拖车的控制力进行不同的饱和限制。基于李雅普诺夫稳定性原理,证明了提出的控制算法的收敛与稳定。仿真结果表明,此高速动车组多质点模型能较为准确地反映列车运行中车钩的状态与受到的附加阻力,基于该模型的带有输出限制的分布式全局快速终端滑模控制器,使车钩纵向冲动更小,速度跟踪性能更优。

关键词：高速动车组多质点模型分布式全局快速终端滑模控制速度跟踪

2021年版日本抗震性能化设计手册解读8:基于多质点模型时程反应分析对判定标准的验证

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建筑结构 2023年第4期53卷 40-42页

作者：贞许美和日建设计工程部结构设计群东京102-8117

使用多质点模型对中低层钢筋混凝土建筑和钢结构建筑进行了地震时程反应分析。结果表明,由响应值确定的地震等级与由“简易法”评价的地震等级相当。

关键词：性能设计静力设计中低层建筑抗震性能等级层间位移角时程反应分析多质点模型

基于多质点模型的动车组精准停车和容错控制研究

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基于多质点模型的动车组精准停车和容错控制研究

作者：王以庆兰州交通大学

学位级别：硕士

铁路运输系统作为当今客、货运输的主流方式之一，凭借运行速度快、运输能力强，成本低、安全、可靠等特点，在我国快速的发展。在先进技术的支持下，列车运行控制系统不仅在列车高速运行时保证其安全运营，还在部分运营线路中开始实现... 详细信息

铁路运输系统作为当今客、货运输的主流方式之一，凭借运行速度快、运输能力强，成本低、安全、可靠等特点，在我国快速的发展。在先进技术的支持下，列车运行控制系统不仅在列车高速运行时保证其安全运营，还在部分运营线路中开始实现列车的自动驾驶。列车运行控制技术的迅猛发展，离不开先进的控制策略。性能良好的控制策略不仅能够控制动车组以很高的控制精度在不同的运行环境中行驶，还能够保证动车组在发生故障时安全运行。本文针对动车组不同状态的运行控制问题，通过建立动车组多质点模型，应用参数自适应控制策略提高动车组精准停车和追踪运行的控制精度，应用受控拉格朗日函数法设计容错控制器保证动车组在故障状态下运行控制的安全性和稳定性。　　动车组内部结构复杂，且动力学特性具有较强的非线性。精确的动力学模型有助于控制器对动车组实现更加安全，精准的控制。为进一步提高动车组的控制精度，本文根据现有的理论基础和动车组牵引/制动控制方式，分析动车组在不同运行工况中的动力学特性，同时，考虑动车组运行过程中环境因素和各车厢之间相互作用力的影响。将动车组每个动力单元视为一个质点，建立更符合动车组实际的运行情况且适用于动力分散式动车组控制方式的多质点动力学模型，弥补了动车组单质点模型的局限性和不足之处。在该模型的基础上，建立模型参数未知的动力学模型和适用于动车组单个动力单元故障状态下的动车组欠驱动力学模型。　　论文在动车组各设备正常工作的前提下，针对动车组精准停车和追踪运行控制问题进行研究和分析。考虑到动车组在运行过程中，受到自身因素和环境因素的影响，其模型参数具有未知性和随机性。在动车组多质点模型的基础上建立模型参数未知的动力学模型，利用动车组在运行过程中的速度偏差和位置偏差设计自适应控制律，以此分配不同的制动力对乘车人数随机且未知的各动力单元进行协调控制。同时，设计含参数误差的参数估计律，对模型参数进行在线估计，使得控制律可实现动车组渐近跟踪期望的轨迹，以有效应对动车组动力学模型参数的随机性未知性。为证明所设计控制算法的渐近稳定性，构建含有参数估计律的Lyapunov函数，并应用输入-输出稳定性理论进行证明。相比于传统的动车组单质点模型，能够保证所有动力单元的停车精度是本文所提算法的优点。　　论文针对动车组在牵引或制动执行机构故障时的安全运行控制问题，应用一种基于受控拉格朗日函数法CL(ControlledLagrangians)的控制策略，实现动车组在部分动力单元故障状态下的容错控制。首先，建立单个动力单元故障状态下，动车组非线性，耦合的多质点欠驱动力学模型。其次，利用期望的受控能量和广义力构造受控拉格朗日方程，得到受控方程与系统原始方程之间的动能匹配条件和势能匹配条件。通过化简和求解匹配条件中的偏微分方程，即得到能够使系统同时实现位置与速度全局渐近镇定的非线性光滑反馈控制律。最后，选取受控能量作为Lyapunov函数，并利用LaSalle不变定理证明其渐近稳定性。所提算法在充分反映动车组模型非线性特性的同时，能够使闭环系统以较大的收敛范围快速收敛。

关键词：动车组精准停车容错控制运行安全多质点模型