摘要：为解决高速列车运行过程中因轨面情况改变,导致列车没有达到最大黏着利用而出现空转或滑行等问题,设计了一种基于最大黏着系数的滑模自抗扰(SM-ADRC)黏着控制器;考虑轮轨间黏着特性的复杂、时变与非线性等特点,基于黏着机理分析,建立了轮轨间牵引系统的力学模型;采用极大似然估计(MLE)方法对不同轨面的相关参数进行辨识,计算了当前轨面的最大黏着系数,保证列车始终能达到最大黏着利用;通过引入滑模算法改进了自抗扰控制(ADRC)中非线性误差反馈控制律部分,设计了一种SM-ADRC黏着控制算法,利用Levant跟踪微分器减小初始跟踪误差,利用扩张状态观测器(ESO)估计和补偿系统总的外部扰动,由滑模控制提高系统的鲁棒性;采用MATLAB软件对CRH380A型高速列车进行仿真,在轨面情况改变时,由SM-ADRC黏着控制器控制列车跟踪设定速度,并将其与比例积分微分(PID)控制器、滑模控制器、ADRC的仿真结果进行对比。仿真结果表明:干燥轨面的最大黏着系数是0.160,16 s时辨识出真值;潮湿轨面的最大黏着系数是0.106,18 s时辨识出真值;ADRC的速度跟踪误差范围为±1 km·h^(-1),轨面变化后,速度跟踪误差波动幅度较大;SM-ADRC黏着控制器的速度跟踪误差范围为±0.4 km·h^(-1),轨面变化后,速度跟踪误差波动幅度较小,更加平滑稳定,速度控制跟踪精度更高,且优于PID和滑模控制方法。可见,所提出的SM-ADRC黏着控制器能够实现列车的快速黏着控制,并达到最大的黏着利用。

摘要：在电力机车中,牵引转矩是通过轮轨间的黏着作用转换为机车运行的动力。同时,机车所能发挥的最大牵引转矩是受黏着条件限制的。因此,黏着控制在保障机车运行安全和提高牵引控制性能中起着重要的作用。轮轨黏着特性曲线中存在一个黏着峰值点,也称为当前轨面下的最佳黏着点,在该点附近黏着系数较大,能够为列车提供较大的牵引力。针对这一特性,提出一种基于最佳黏着点搜索的黏着控制方法,能够实现机车稳定运行在最佳黏着点附近,保证列车能发挥较高的牵引性能。该方法首先建立列车动力学模型和黏着计算模型,通过状态观测器估计黏着系数并根据估计值和当前蠕滑速度设计生成参考蠕滑速度,在变化的轨面条件下,使参考蠕滑速度自动调节并不断逼近当前轨面下的最佳黏着点,同时基于动力学模型和PI控制方法设计黏着控制器,将最佳黏着点搜索出的最佳蠕滑速度作为参考输入,并通过调节电机转矩实现列车对参考蠕滑速度的追踪,最后在半实物平台上进行验证。研究结果表明:设计的控制方法能使列车在干燥和潮湿轨面、有噪声干扰的情况下搜索到最佳黏着点,黏着控制器在不同轨面均给出了适合当前轨面的转矩,列车的蠕滑速度也很好地追踪了参考蠕滑速度,为实际列车运行时的黏着控制方法提供参考。

摘要：重载列车在运行时,黏着条件容易受到不良的天气状况或轨面状态影响,会导致列车无法有效发挥牵引力。为了解决重载列车在运行过程中因黏着条件恶化导致无法有效发挥牵引力的问题,提出一种考虑系统不确定性估计的离散积分滑模控制方法,该方法通过对最优蠕滑速度的跟踪控制,实现重载列车的最优黏着控制。由于黏着系数在实际情况中难以测量,所以针对此情况设计串联滑模观测器对黏着系数进行观测估计。采用带遗忘因子的最小二乘法估计出黏着特性曲线斜率,并根据梯度下降算法得到最优蠕滑速度。以最优蠕滑速度和实际蠕滑速度作为控制系统输入,以牵引电机转矩作为系统输出,利用一步延迟估计方法估计系统的不确定性,据此设计离散积分滑模控制器控制电机转矩使蠕滑速度始终稳定在最佳蠕滑速度处。仿真实验结果表明:设计的考虑系统不确定性估计的离散积分滑模控制方法实现了对最优蠕滑速度的跟踪控制,并且与离散积分滑模控制方法相比,系统跟踪误差更小且具有更高的控制精度。说明采用的方法不仅能够补偿系统的不确定性和抑制抖振现象,而且还能实现对最优蠕滑速度的高精度跟踪控制,达到使重载列车牵引性能最优的目的。

摘要：针对传统的滑模极值搜索控制算法(SMESC)在货运列车最佳黏着工作点追踪过程中存在稳态振荡、收敛速度慢的问题,提出了参数时变的改进滑模极值搜索控制算法。为削弱稳态振荡和加快SMESC收敛速度,分析了SMESC中增益参数与稳态振幅间的数学关系,以及辅助函数斜率与收敛性的联系,并对其进行优化:设计了时变辅助函数斜率以改善SMESC的收敛速度,设计了以观测误差为基准的动态增益参数以削减稳态振荡,并进行了收敛性分析。针对行车阻力无法直接测量的问题,引入了基于粒子群算法(PSO)的阻力参数估计,最后设计了基于SMESC的黏着控制律,通过与传统滑模极值搜索进行对比,证实了所提方法的有效性和实用性。

摘要：针对列车在运行过程中出现的空转现象,即在牵引过程中出现的轮轨间黏着控制的问题,提出一种基于云模型的黏着控制方法。根据黏着特性机理和列车的动力学方程,建立列车牵引仿真模型。针对列车的黏着系统的非线性、不确定性,设计双输入单输出的二维正态云模型黏着控制器。仿真结果表明:在外界条件发生极端突变的情况下,该控制方法都能使列车发挥最佳牵引力,有效抑制空转的发生,实现列车黏着控制。

摘要：针对电力机车牵引黏着控制算法在研发过程中难以验证的问题,从黏着力的基本原理出发,设计了黏着控制仿真模型的整体架构,对轮对动力学模型、车体动力学模型、列车阻力模型、轴重转移模型、黏着特性模型进行了数学建模,建立了由牵引控制单元和实时仿真机组成的硬件在环(HIL)半实物仿真台。试验结果表明,通过建立的半实物仿真模型和介绍的仿真方法,可以有效实现对电力机车黏着控制算法测试验证的目的。

摘要：在列车的行驶过程中,轮轨间的黏着控制尤其重要,最大化利用黏着力可提高列车的牵引/制动性能。文中提出的列车传动最优黏着控制策略通过全维状态观测器准确地估计出当前利用的黏着系数;利用可变遗忘因子的递归最小二乘法有效地计算出黏着-蠕滑特性曲线斜率;采用最速梯度法迅速搜索最佳蠕滑速度给定值。同时为了实现最优黏着控制,设计了蠕滑速度控制环来获得牵引电机转矩指令补偿量。最后通过仿真,证明了该控制策略的正确性和有效性。

摘要：地铁列车具有启动加速度高、运行速度快、准点率高且运力大等优点,其能耗问题一直是地铁运营的主要关注点之一。如何进一步提高地铁列车节能效率成为牵引系统设计研究的重点。相比传统异步牵引系统,传动效率高、过弯能力强的永磁直驱牵引系统是轨道交通牵引传动技术的发展方向之一。对照传统异步牵引系统性能指标,基于徐州地铁1号线列车确定永磁同步直驱牵引电机的设计选型,研制了一套永磁直驱牵引系统。针对永磁直驱牵引系统的特性,采用全速范围永磁同步电机无位置控制方法以及适用于永磁直驱系统的自适应黏着控制方法来完成牵引逆变器和永磁同步直驱电动机的实时控制。装车试验表明,永磁直驱牵引系统具有电机位置辨识稳定性好、响应迅速等优点,在低黏着轨面条件下列车牵引力发挥平稳且高效。能耗对比试验表明,永磁直驱牵引系统比异步牵引系统平均节能22.7%,可以获得显著的节能效果。结构紧凑及节能高效的永磁直驱牵引系统对促进轨道交通行业进一步发展具有积极意义。