[發(fā)明專利]一種針對列車執(zhí)行器故障的復合控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610009327.4
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105511268B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 董海榮;姚秀明;林雪;寧濱;唐濤
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京華創(chuàng)博為知識產(chǎn)權代理有限公司11551
• 代理人: 張波濤,管瑩

技術領域

本發(fā)明涉及列車控制技術領域。更具體地，涉及一種針對列車執(zhí)行器故障的復合控制方法。

背景技術

如何提高列車的舒適性、便捷性和有效性等性能，是當下一個引起關注的研究方向。為進一步研究列車系統(tǒng)，學者們通過牛頓定律建立單質點模型，單質點模型以其結構簡單而被廣泛應用。另外，還存在另一種列車模型—多質點模型。與單質點模型相比，多質點模型中考慮了相鄰車廂間的車鉤力，因此，多質點模型更接近于實際的列車模型。

基于上述單質點和多質點模型，為了獲得期望的性能，一系列的控制策略被應用于列車系統(tǒng)，如比例積分微分控制、自適應控制、模糊控制、優(yōu)化控制和預測控制等。

上述分析沒有同時考慮到變頻陣風、執(zhí)行器故障和斜坡阻力對列車的影響。

因此，需要提供一種針對列車執(zhí)行器故障的復合控制方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種針對列車執(zhí)行器故障的復合控制方法，解決斜坡擾動、陣風擾動和執(zhí)行器故障對列車的影響。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種針對列車執(zhí)行器故障的復合控制方法，該方法包括如下步驟：

S1、對列車縱向運動進行受力分析，建立列車的縱向運動動力方程；

S2、根據(jù)列車縱向運動動力方程，建立列車縱向運動狀態(tài)空間方程；

S3、根據(jù)執(zhí)行器故障和列車縱向運動狀態(tài)空間方程，建立執(zhí)行器故障情況下的列車縱向運動狀態(tài)空間方程；

S4、根據(jù)執(zhí)行器故障情況下的列車狀態(tài)空間方程，利用基于擾動的觀測器和控制器，建立列車閉環(huán)動態(tài)方程；

S5、通過線性矩陣不等式得到列車執(zhí)行器故障的復合控制方法中的觀測器增益和控制器增益，進而利用基于擾動的觀測器和控制器方程控制列車的實際位移和速度趨近期望的位移和速度。

優(yōu)選地，步驟S1中列車的縱向運動動力方程為：

其中，m_i是列車第i節(jié)車廂的實際質量，i＝1,2，…，n；k是連接相鄰兩節(jié)車廂的車鉤的彈性系數(shù)；t∈[0,T′]，T′是列車的運行時間；x_i(t)是列車第i節(jié)車廂從0至t時刻的實際位移；是列車第i節(jié)車廂t時刻的實際速度，是列車第i節(jié)車廂t時刻的實際加速度；u_i(t)是列車第i節(jié)車廂t時刻的實際控制力；c_o、c_v和c_a是戴維斯系數(shù)；ψ_i(t)＝m_igsin(θ_i(t))是列車第i節(jié)車廂t時刻的斜坡阻力，g表示重力加速度；θ_i(t)代表第i節(jié)車廂的坡度角；sin(·)為正弦函數(shù)；是t時刻作用在第i節(jié)車廂上的陣風阻力。

優(yōu)選地，步驟S2進一步包括如下子步驟：

S2.1、設定列車第i節(jié)車廂期望的位移、速度和加速度分別為和定義結合所述列車的縱向運動動力方程，得到列車各車廂期望的控制力如下：

其中，m_i是列車第i節(jié)車廂的實際質量，i＝1,2，…，n；是期望的控制力；c_o、c_v和c_a是戴維斯系數(shù)；是在期望的位置上列車第i節(jié)車廂所受的坡度阻力；

S2.2、定義忽略高階項得到如下列車縱向運動線性空間方程：

其中，

參數(shù)A和B的定義分別如下：

代表實矩陣。

優(yōu)選地，所述執(zhí)行器故障情況下的列車縱向運動狀態(tài)空間方程為：

其中，參數(shù)B_f＝BL_f，表示執(zhí)行器故障參數(shù)，并滿足0≤λ_i≤1。

優(yōu)選地，步驟S4進一步包括如下子步驟：

S4.1、建立如下陣風模型的狀態(tài)表達式：

其中，W是陣風的頻率矩陣，且為已知的陣風頻率值；L₁和L₄是陣風的幅度矩陣；ΔW(t)代表陣風的變頻特性矩陣，w(t)為陣風模型的狀態(tài)表達式中的狀態(tài)變量；