[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于估計(jì)的H∞控制的雙受電弓主動(dòng)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811466343.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109766574A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志剛;張翰濤;魯小兵;謝松霖;宋寶林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 成都信博專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 王沙沙

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于估計(jì)的H∞控制的雙受電弓主動(dòng)控制方法，包括以下步驟：步驟1：構(gòu)建非線性雙受電弓?接觸網(wǎng)模型；步驟2：構(gòu)建面向控制的弓網(wǎng)系統(tǒng)模型，得到雙弓網(wǎng)模型下的狀態(tài)空間方程；步驟3：根據(jù)作動(dòng)器時(shí)滯、模型不確定性和最大控制力得到的狀態(tài)空間方程；步驟4：加入過(guò)程噪聲和測(cè)量噪聲，得到狀態(tài)估計(jì)空間方程；步驟5：根據(jù)步驟4得到的狀態(tài)估計(jì)空間方程，得到多目標(biāo)控制器，根據(jù)多目標(biāo)控制器得到最優(yōu)主動(dòng)控制力，完成雙受電弓主動(dòng)控制；本發(fā)明考慮作動(dòng)器時(shí)滯的多目標(biāo)控制器，在雙弓?網(wǎng)系統(tǒng)下，結(jié)合狀態(tài)估計(jì)器，可以有效降低作動(dòng)器在時(shí)滯情況下的接觸力波動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙受電弓主動(dòng)控制方法，具體涉及一種基于估計(jì)的H∞控制的雙受電弓主動(dòng)控制方法。

背景技術(shù)

隨著電氣化鐵路的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)輸能力對(duì)電力機(jī)車(chē)的要求越來(lái)越高；為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在中國(guó)兩個(gè)動(dòng)車(chē)組經(jīng)常需要連接在一起，由于集電器條上電流容量的限制，這就導(dǎo)致了雙弓同時(shí)工作的特殊條件；列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，前弓對(duì)接觸網(wǎng)的影響通過(guò)波傳播間接影響后弓，使后弓和接觸網(wǎng)之間的接觸力劇烈波動(dòng)，引起嚴(yán)重的問(wèn)題；Bucca等提出在前弓和后弓上應(yīng)用不同的抬升力；Liu等提出采用合適的受電弓間隔；Zhang等提出優(yōu)化和改造受電弓 -接觸網(wǎng)系統(tǒng)，但這些都限制使用或者涉及到大量的經(jīng)濟(jì)成本；同時(shí)，在過(guò)去的研究中，許多控制器的設(shè)計(jì)都是針對(duì)于單受電弓開(kāi)發(fā)的，如PID控制、滑模控制、最優(yōu)控制、模糊控制、模型預(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)和魯棒容錯(cuò)控制、反步控制和前饋控制等；然而，由于系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和更高的非線性，這些控制器在雙受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)中可能是低效的；更重要的是，沒(méi)有考慮作動(dòng)器的時(shí)間延遲；Sanchez等討論了小時(shí)間延遲(5ms)的影響，但是在以前的控制器中沒(méi)有提到如何克服更大的作動(dòng)器時(shí)間延遲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種具有有效性和魯棒性，考慮作動(dòng)器時(shí)滯的基于估計(jì)的H∞控制的雙受電弓主動(dòng)控制方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于估計(jì)的H∞控制的雙受電弓主動(dòng)控制方法，包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建非線性雙受電弓-接觸網(wǎng)模型；

步驟2：根據(jù)步驟1構(gòu)建的模型，構(gòu)建面向控制的弓網(wǎng)系統(tǒng)模型，得到雙弓網(wǎng)模型下的狀態(tài)空間方程；

步驟3：根據(jù)作動(dòng)器時(shí)滯、模型不確定性和最大控制力優(yōu)化步驟2得到的狀態(tài)空間方程；

步驟4：對(duì)步驟3得到的狀態(tài)空間方程，加入過(guò)程噪聲和測(cè)量噪聲，得到狀態(tài)估計(jì)空間方程；

步驟5：根據(jù)步驟4得到的狀態(tài)估計(jì)空間方程，得到多目標(biāo)控制器，根據(jù)多目標(biāo)控制器得到最優(yōu)主動(dòng)控制力，完成雙受電弓主動(dòng)控制。

進(jìn)一步的，所述步驟1中非線性雙受電弓-接觸網(wǎng)模型構(gòu)建過(guò)程如下：

受電弓的動(dòng)力學(xué)方程為：

式中：m₁為弓頭的等效質(zhì)量，m₂為上框架的等效質(zhì)量，m₃為上框架的等效質(zhì)量，k₁、k₂和k₃均表示等效剛度，c₁、c₂和c₃均表示阻尼，F(xiàn)_pc表示接觸力，F(xiàn)₁表示靜態(tài)抬升力，x₁、x₂和x₃受電弓弓頭、上框架、下框架等效質(zhì)量塊的位移，為受電弓弓頭、上框架、下框架等效質(zhì)量塊的速度，和為受電弓弓頭、上框架、下框架等效質(zhì)量塊的加速度。令狀態(tài)量將接觸力和抬升力作為輸入u＝[F_pc F_l]可將上式寫(xiě)成狀態(tài)空間形式：

式中：

式中：A和B均為狀態(tài)空間方程的系數(shù)矩陣；