[發明專利]一種基于最優蠕滑速度搜尋與跟蹤的優化粘著控制方法

有效

• 申請號: 201910790615.1
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110450794B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 黃景春;康燦;文小康;鄧雯琪
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B61C17/00
• 分類號: B61C17/00;B60L15/00;B60L15/20;G05B13/04
• 代理公司: 成都天既明專利代理事務所(特殊普通合伙) 51259
• 代理人: 彭立瓊;李欽

1.一種基于最優蠕滑速度搜尋與跟蹤的優化粘著控制方法，其特征在于：包括全維狀態觀測器、參考蠕滑速度搜尋模塊和MPC粘著控制器，其中：

所述全維狀態觀測器利用電機的牽引轉矩和輪對轉速估計出機車的粘著系數；

所述參考蠕滑速度搜尋模塊根據機車的粘著系數和蠕滑速度判斷機車運行狀態從而確定參考蠕滑速度更新狀態值，并結合實際蠕滑速度實時調整參考蠕滑速度，從而控制參考蠕滑速度不斷靠近粘著峰值點并搜尋到當前軌面的最優蠕滑速度，然后將參考蠕滑速度輸出至MPC粘著控制器；

所述MPC粘著控制器在給定參考蠕滑速度和實際的蠕滑速度兩個信號下，結合電機轉矩約束、蠕滑速度約束、運行舒適性和能耗性的性能指標，實時地預測出最優牽引轉矩，并輸出至機車，實現對最優蠕滑速度的跟蹤；

所述MPC粘著控制器包括預測模型、滾動優化控制器和反饋校正，其中：

所述預測模型包括如下內容：

(1)建立粘著控制模型

(2)采用歐拉方法對粘著控制模型進行離散化，得到如下非線性狀態空間模型：

x(k+1)＝f^k(x(k),u(k))·△t+x(k)

y(k)＝C·x(k)

式中，f^k表示在時間k的狀態變化梯度，x＝vs為模型的狀態變量，u＝T為模型的輸入變量，y＝vs為系統模型的輸出變量，矩陣C＝1；

(3)建立粘著系統的預測模型如下：

y(k)＝C·vs(k)

(4)定義P為預測時域長度，M為控制時域長度，且P≥M≥1，在采樣時間k，系統多步控制量和模型多步預測輸出量表達式如下：

(5)預測狀態值和預測輸出值的更新過程如下：

x(k+j|k)＝f^k(x(k+j-1|k),u(k+j-1|k))·△t+x(k+j-1|k),0≤j≤M-1；

y(k+j|k)＝C·[(f^k(x(k+j-1|k),u(k+j-1|k))·△t+x(k+j-1|k)],0≤j≤P。

2.根據權利要求1所述的一種基于最優蠕滑速度搜尋與跟蹤的優化粘著控制方法，其特征在于：所述粘著系數的估計方法為：

(1)建立對整車機車的運動方程：

F_s＝μ(vs)·W·g

式中，M表示機車總質量，v_t為機車運行速度，F_d(v_t)為機車運行中所受基本阻力，a、b、c為與阻力計算相關的系數；

(2)建立輪軌間的粘著特性模型：

式中：a,b,c,d是與軌面環境有關的參數；

(3)建立電機軸與輪對的轉動方程：

T＝η·R_g·T_L

其中，R_g表示機車齒輪箱傳動比，

進一步計算得到：

其中，F_s為輪軌間的粘著力，F_d為機車運行的基本阻力，J_m為電機轉動慣量，J_d為輪對轉動慣量，J_equ為將電機轉動慣量和車輪轉動慣量一起折算到電機側的轉動慣量，T_m為電機轉矩，T_L為粘著力等效到電機端的等效負載，T為輪對驅動轉矩,η為齒輪傳動效率，W為軸重，g為重力加速度；

(4)建立如下狀態空間方程：

式中，

(5)構造如下全維狀態觀測器：

由此得：

式中，為所觀測的負載轉矩，p₁,p₂為全維狀態觀測器的兩個極點。