[发明专利]一种基于非对称Barrier Lyapunov函数高速列车粘着防滑控制方法

摘要

本发明公开了一种基于非对称Barrier Lyapunov函数高速列车粘着防滑控制方法，首先设计混合控制器并在控制器的设计中引入非对称Barrier Lyapunov函数；然后设计变步长搜索算法，并且采用滑模观测器对轮轨间的粘着状态作近似估计；混合控制器包括非对称Barrier Lyapunov函数控制器和滑模控制器；对期望跟踪目标的搜索包括采用滑模观测器对粘着力矩、粘着系数及其导数的观测和变步长期望值搜索策略的设计；其中变步长期望值搜索策略仅依靠高速列车运行中自身状态来设定目标区域约束条件和设计搜索步长；本发明不仅能够避免高速列车在行驶过程中可能发生的车轮滑行现象，并且若列车车轮蠕滑速度的初始状态不位于粘着区域内也能实现轮轨的再粘着控制，实现全局稳定的蠕滑速度跟踪防滑控制。

主权项

1.一种基于非对称Barrier Lyapunov函数高速列车粘着防滑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：以列车车体速度及车轮角速度为变量，建立列车车体模型：式中：M为车体及乘客总质量；v为列车车速；F_a为轮轨粘着力；F_r为列车所受阻力；J为车轮的转动惯量；w为车轮角速度；T_m控制力矩；r为车轮半径；R_g为齿轮箱的传动比；选用蠕滑速度变量w_s，定义为：F_a可表示为：F_a＝u(w_s)Mg粘着力矩T_L为：T_L＝F_ar；u(w_s)为粘着系数，它的经验公式为：其中a，b，c，d的设计取决于轨面条件；列车运行阻力的常规模型表示为：F_r＝a₀+a₁v+a₂v²式中，a₀，a₁，a₂为正实数，由实际运行情况所决定。步骤2：设计列车防滑控制模型：设计的防滑控制目标是实现列车实际蠕滑速度对期望蠕滑速度的跟踪。首先，定义实际蠕滑速度与期望蠕滑速度之间的跟踪误差e：跟踪误差动态方程：步骤3：选取车轮角速度w为状态变量，由步骤1可得如下状态方程：设计滑模观测器为：其中是x₁的观测值；η₁为待设计的常数。实现对粘着力矩T_L及粘着系数u的观测；步骤4：依旧选取车轮角速度w为状态变量，由步骤1可得如下状态方程：设计如下滑模观测器对粘着力矩导数进行观测：式中，是z₁，z₂的观测值，为待设计的常数；实现对粘着系数导数的观测；步骤5：基于粘着控制模型，设定期望粘着工作区域的约束条件和设计搜索步长的变化；步骤6：设计变步长期望值搜索策略，利用步骤3和步骤4得到的实时数据以及步骤5的约束条件搜索当前路况的期望粘着工作点；步骤7：建立列车混合防滑控制器，实现全局稳定的蠕滑速度跟踪防滑控制，其中在控制器的设计中引入非对称BLF，得到了范围更大的粘着控制区域，并证明了防滑控制系统的稳定性。