[发明专利]高速列车半主动悬挂系统控制方法

说明书

本发明属于列车控制技术领域，公开一种高速列车半主动悬挂系统控制方法，包括如下步骤：S1.根据基于欧拉‑拉格朗日非线性动力学模型，建立高速列车十七自由度的状态方程；S2.为了对列车高速运行中所受扰动进行实时观测，设计适用于非线性动力学结构的滑模增益自适应观测器；S3.将滑模变结构控制算法与加幂积分控制算法结合，设计高速列车悬架控制器。本发明提出的基于加幂积分滑模变结构的高速列车悬架控制算法，解决了现实工程中扰动上界未知的现象，有效的克服了非线性复杂系统中强耦合问题，加幂积分算法使系统具有快速动态响应，滑模变结构控制算法具有鲁棒性强，可靠性高等特点，很好的实现了高速列车快速安全稳定运行的要求。

技术领域

本发明涉及涉及轨道交通运行控制领域，具体是一种高速列车半主动悬挂系统控制方法。

背景技术

随着国家的轨道交通发展，中国高速列车已经成为了中国的名片，承载着中国科技走出去的重要信念，中国高铁以平稳性好著称，其优良的平稳性离不开高性能的悬挂控制系统，高速列车运行过程中的悬挂系统是一种多自由度动力学系统，属于一种多变量，非线性和强耦合的复杂模型。

针对实际工程应用中扰动上界未知问题，如何设计较好的观测器，针对提升列车运行的抗干扰能力,如何设计较好的控制器，均是是高速列车运行悬挂系统控制技术在实际生产应用中的关键，它直接影响列车运行控制的可靠性及乘客乘坐的舒适性。以上高速列车运行过程中存在的复杂轨道激扰工况，需要解决的关键问题是，如何设计观测器能快速精确的观测非线性随机振动系统中的扰动,如何设计控制算法快速有效的抑制列车运行中的扰动，保证高速列车安全稳定的运行，这些均是高速列车设计亟需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于加幂积分滑模的高速列车控制方法，以解决现实工程中高速列车运行过程中所受轨道激扰上界未知的问题，使高速列车快速安全稳定的运行。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高速列车半主动悬挂系统控制方法，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；

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；

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：将滑模变结构控制算法与加幂积分控制算法结合，设计高速列车悬架控制器。

进一步地，S1所述的高速列车多自由度状态方程，为十七自由度状态方程，具体包括如下过程：

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。

其中，S11中的高速列车十七自由度动力学数学模型包括：

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