[发明专利]高速列车半主动悬挂系统控制方法

权利要求书

1.一种高速列车半主动悬挂系统控制方法，其特征在于，采用加幂积分滑模控制算法，包括以下步骤：

S1：基于欧拉-拉格朗日非线性动力学模型，建立高速列车多自由度的状态方程；

步骤S1包括以下步骤：

S11：根据非线性动力学对半主动悬挂系统的运动状态进行分析，建立高速列车十七自由度动力学数学模型，包括轮对的横移和摇头运动方程、转向架的横移和侧滚及摇头方程、车体的横移和侧滚及摇头运动方程；

S12：将十七自由度动力学数学模型等效为传统非线性随机动力学的数学模型，得到高速列车十七自由度的模型变换方程；

S13：引入列车运行环境中多种复杂车况和/或路况时变下的外部干扰，建立精确的高速列车十七自由度模型，得出整个系统不确定性外部干扰的表达式；

步骤S11确定的十七自由度高速列车数学模型如下：

S111：轮对横移运动方程：

S112：轮对摇头运动方程：

S113：转向架横移运动方程：

S114：转向架侧滚运动方程：

S115：转向架摇头运动方程：

S116：车体横移运动方程：

S117：车体侧滚运动方程：

S118：车体摇头运动方程：

S12确定的模型变换方程如下：

S13确定的系统综合不确定性外部干扰如下：

S2：设计适用于非线性动力学结构的滑模增益自适应观测器对列车高速运行中所受扰动进行实时观测；

步骤S2包括以下步骤：

S21：根据高速列车的轮对、转向架及车体各自由度传感器的测量值及设定参考值之间的误差，构造外部干扰项的观测滑模面；

S22：根据高速列车十七自由度的模型变换方程构造干扰项的滑模变结构观测器；

步骤S21的观测滑模面具体构造过程如下：

S211：定义测量值及设计参考值的误差信息：

S212：设计观测器的滑模面方程：

S22中的滑模变结构观测器的具体设计过程如下：

S221：设计滑模变结构观测器：

S222：观测器中的估计值为：

S3：将滑模变结构控制算法与加幂积分控制算法结合，设计高速列车半主动悬挂控制器；

步骤S3包括以下步骤：

S31：定义高速列车十七自由度的模型变换方程的中间变量，将其转换成空间状态方程；

S32：选取合适的积分滑模面,构建加幂积分滑模控制器；

步骤S31的空间状态方程转换过程如下：

S311：定义列车数学模型的状态变量

设半主动悬架系统的理想轨迹位置为y_d,实际位置矢量为y，则状态变量为：

x₁＝[x_1,1,...,x_1,n]^T＝y_d-y

S312：建立列车模型变换方程的空间状态方程：

定义其中是一个设定的虚拟控制器，其中1r＝r₁/₂2，r₁与r₂均是正整数；

S32所述的控制器设计如下：

S321：选择积分滑模面为：

S322：设计加幂积分滑模控制器：

式中k₁＞0，sgn(s)为符号函数；

采用替代函数sgn(s)，式中δ为趋于零的正常数。