[發明專利]高速列車半主動懸掛系統控制方法

有效

• 申請號: 201911367342.6
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111123706B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 何靜;劉志天;張昌凡;劉建華;毛頌安;徐艷;諶雪媛
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 楊千尋;馮振寧

1.一種高速列車半主動懸掛系統控制方法，其特征在于，采用加冪積分滑模控制算法，包括以下步驟：

S1：基于歐拉-拉格朗日非線性動力學模型，建立高速列車多自由度的狀態方程；

步驟S1包括以下步驟：

S11：根據非線性動力學對半主動懸掛系統的運動狀態進行分析，建立高速列車十七自由度動力學數學模型，包括輪對的橫移和搖頭運動方程、轉向架的橫移和側滾及搖頭方程、車體的橫移和側滾及搖頭運動方程；

S12：將十七自由度動力學數學模型等效為傳統非線性隨機動力學的數學模型，得到高速列車十七自由度的模型變換方程；

S13：引入列車運行環境中多種復雜車況和/或路況時變下的外部干擾，建立精確的高速列車十七自由度模型，得出整個系統不確定性外部干擾的表達式；

步驟S11確定的十七自由度高速列車數學模型如下：

S111：輪對橫移運動方程：

S112：輪對搖頭運動方程：

S113：轉向架橫移運動方程：

S114：轉向架側滾運動方程：

S115：轉向架搖頭運動方程：

S116：車體橫移運動方程：

S117：車體側滾運動方程：

S118：車體搖頭運動方程：

S12確定的模型變換方程如下：

S13確定的系統綜合不確定性外部干擾如下：

S2：設計適用于非線性動力學結構的滑模增益自適應觀測器對列車高速運行中所受擾動進行實時觀測；

步驟S2包括以下步驟：

S21：根據高速列車的輪對、轉向架及車體各自由度傳感器的測量值及設定參考值之間的誤差，構造外部干擾項的觀測滑模面；

S22：根據高速列車十七自由度的模型變換方程構造干擾項的滑模變結構觀測器；

步驟S21的觀測滑模面具體構造過程如下：

S211：定義測量值及設計參考值的誤差信息：

S212：設計觀測器的滑模面方程：

S22中的滑模變結構觀測器的具體設計過程如下：

S221：設計滑模變結構觀測器：

S222：觀測器中的估計值為：

S3：將滑模變結構控制算法與加冪積分控制算法結合，設計高速列車半主動懸掛控制器；

步驟S3包括以下步驟：

S31：定義高速列車十七自由度的模型變換方程的中間變量，將其轉換成空間狀態方程；

S32：選取合適的積分滑模面,構建加冪積分滑模控制器；

步驟S31的空間狀態方程轉換過程如下：

S311：定義列車數學模型的狀態變量

設半主動懸架系統的理想軌跡位置為y_d,實際位置矢量為y，則狀態變量為：

x₁＝[x_1,1,...,x_1,n]^T＝y_d-y

S312：建立列車模型變換方程的空間狀態方程：

定義其中是一個設定的虛擬控制器，其中1r＝r₁/₂2，r₁與r₂均是正整數；

S32所述的控制器設計如下：

S321：選擇積分滑模面為：

S322：設計加冪積分滑模控制器：

式中k₁＞0，sgn(s)為符號函數；

采用替代函數sgn(s)，式中δ為趨于零的正常數。