城市轨道交通全自动运行线路多专业速度控制与匹配设计研究

城市轨道交通多专业间的协调性是决定能否充分实现预期能力、发挥投资效益的关键环节,列车运行速度是其中一个重要方面,是城市轨道交通技术装备、技术标准、运营管理水平的重要标志。针对不同专业速度控制存在的重叠防护问题,通过剖析通信、信号、车辆、线路、环境等对全自动运行(FAO)线路列车运行速度的限制,提出列车自动运行(ATO)模式、列车自动防护(ATP)模式、蠕动模式和洗车模式4种典型运行模式下的速度匹配控制方案,讨论了根据线路等级速度拟定正线区间结构设计速度、车辆构造速度、车辆超速防护触发速度、车辆最大动态包络线计算速度、最高ATP顶篷速度、最高ATO目标速度的方法,并给出多专业匹配设计关键速度建议值。同时借助仿真手段,结合不同站间距设置与最短时间速度曲线计算,进一步针对速度等级为80,100 km/h以及120 km/h的线路分别讨论了站间距的匹配设计,建议三者站间距分别不少于1.0,1.4 km以及2.5 km。开展多专业速度控制与匹配设计的优化,有助于最大化发挥系统和设备性能,保证线路整体运营水平。

基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制

同步磁阻电机在实现无速度传感器控制时出现交叉耦合效应,导致dq轴电感随着电流发生非线性变化,转速环使用传统PI控制器已无法满足系统较强的抗扰性能和较高的转子位置估计精度。为了改善此问题,该文提出一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制策略,利用其机械运动状态方程,将同步磁阻电机的交叉耦合效应及负载扰动变化视为扰动。首先通过扩张状态观测器对负载扰动快速观测并进行前馈补偿,以此来提高系统抗扰性;其次利用静止实验法,得到dq轴磁链与电流的非线性函数模型,将该模型运用至磁链观测器中,以减小交叉耦合效应,提高转子位置估计精度;最后在1.5 kW的同步磁阻电机对拖加载实验平台上进行实验,验证了该控制方案的有效性。

两相式混合步进电机速度和位移控制案例设计

步进电机在电脉冲信号的控制下能实现一定的角位移或线位移,掌握步进电机的控制技术非常重要。以两相混合式步进电机为控制对象,以单片机AT89C52和可编程计数器/定时器8253为主对电机进行速度和位移控制设计,对某一具体案例采用Proteus软件进行设计与仿真,包括控制电路和程序的设计。仿真和实验结果表明:该系统结构简单、容易实现、成本低,可用于其他步进电机的控制,并为教学或工程应用提供了参考。

基于ASP-SAC算法的列车自动驾驶速度控制

随着经济建设的绿色转型以及人工智能的快速发展,城市轨道交通已成为居民日常出行的重要方式,在保障安全性、高效性和准点性的前提下,列车运行的节能性和舒适性需求也越来越被关注。合理的运行策略能够有效实现多种目标需求下的列车自动驾驶速度控制,强化学习作为一种智能决策方法,能够有效解决这一控制问题。首先,通过综合分析技术、安全性和乘客体验等方面的因素,基于专家经验动作划分和状态信息熵将软演员-评论家(SAC)改进为动作状态经验优先软演员-评论家(ASP-SAC)方法,用于研究列车自动驾驶速度控制问题。其次,将问题马尔可夫形式化,搭建了列车运行环境,确定了状态空间、动作空间以及基于目标控制的奖励函数。最后,以北京地铁亦庄线的一段区间数据为例进行试验,对ASP-SAC方法进行验证并与其他一些算法在相同环境下进行性能优劣比较。研究结果表明:该方法对于多目标控制需求下的列车自动驾驶速度控制问题具有可行性,与未改进前相比算法效率提高22.73%,与PPO算法相比提高29.17%,改进效果良好。同时,列车运行时在安全性、舒适性无误的情况下,准时性、精确性和节能性都强于SAC、DQN、PPO以及PID算法,其中能耗分别减少3.64%、5.62%、4.38%、7.35%,控制效果良好。此外,该方法亦具备鲁棒性,在列车自动驾驶速度控制方面具有一定的优越性和可参考性。

基于自适应模型预测的物伞系统速度跟踪控制

针对空投易碎易爆物品无速度跟踪及速度波动大的问题,提出自适应模型预测控制(model predictive control,MPC)方法对物伞系统速度进行控制跟踪。以线性离散化物伞系统动力学模型为基础,通过迭代法构建速度跟踪预测模型,依据实际需求设计目标函数及约束条件,在自适应MPC控制器内进行优化求解;引入卡尔曼滤波作为状态估计器,让系统具备对自身状态量变化的感知,提供估计状态量给控制器,实现系统整体反馈校正。开展无风条件和有风条件下自适应MPC控制的物伞系统速度跟踪性能研究,结果表明,此控制方法能够实现对期望速度的良好跟踪;在随机扰动下进行物伞系统速度跟踪控制鲁棒性研究,对比分析了自适应MPC方法和PID控制方法的速度跟踪性能,结果表明,自适应MPC控制的物伞系统速度振荡小于PID控制,其具有较强的抗非线性扰动能力,为实现物伞系统速度控制提供了新方法。

基于地形特征时频变换的无人特种车辆速度自适应控制方法

为提高复杂环境下无人特种车辆安全性、自主性及作业能力,面向在崎岖地形下无人特种车辆应用需求,提出一种基于地形特征时频变换的速度自适应控制方法。通过度量地形特征崎岖度、建立崎岖度和车速数学模型,实现无人特种车辆在崎岖地形的自主、自适应车速规划。针对崎岖地形和坡度引起的点云数据失真问题,融合惯性测量单元传感器数据对点云进行补偿,获得了车辆前方地形的精准点云数据;针对可视距离与跟踪精度冲突问题,不同于传统横向曲率计算方式,采用以线到面的方式,将激光雷达纵向剖面点云数据进行时频变换后,在频域内选取次频区域的积分面积作为崎岖度量化值,实现对不同地形下的崎岖度量化;此外,基于上述获得的崎岖度,采用迭代搜索的方式建立速度与崎岖度数学模型,并采用滑动窗口的方式更新崎岖度,实现车速到崎岖度之间的连续映射。以可控震源野外勘探特种车为研究对象,采用上述方法在实际野外地形环境中进行多次实验。实验结果表明,所提出的方法在崎岖地形具有良好的安全性、自主性,可以识别地形和自适应控制车速。

陀螺角速度控制下的单辙两轮车自平衡研究

针对单辙两轮车的不稳定的系统,提出通过控制两个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)来研究单辙两轮车的自平衡问题,设计了一个基于滑模控制(SMC)的陀螺角速度控制器,控制SGCMG产生进动力矩,并采用一个奇异回避算法避免陀螺发生奇异现象,以实现整车在静止和动态下的自平衡,并通过仿真验证验证在越障和跨壕沟路况时的自平衡能力。仿真结果表明,所采用的控制方法能够以较小的框架角度使整车快速平衡到直立状态,并且在行驶过过程中很好的抵抗外部干扰,以一个距平衡角度2°范围内的侧倾角度行驶,仿真结果对单辙两轮车的平衡行驶有显著意义。

多工况下的液驱多维力加载装置主轴速度控制

不同工况引起加载力之间的耦合效应降低了速度控制效果,为了更加精准控制不同工况下的主轴速度,提出一种多工况下的液驱多维力加载装置主轴速度控制方法。计算多工况下的液驱多维力加载装置主轴速度,以此作为控制器设计输入。在多种工况下,将液驱多维力加载装置主轴输入和输出速度之间的差值作为输入信号,通过模糊推理算法改进经典PID控制器,通过模糊检测调整改进后的控制器组建模糊自适应PID控制器,实现速度自适应控制。通过实验测试证明,所提方法可以精准地完成液驱多维力加载装置主轴速度控制,受工况影响较小。

双回路控制下拖拉机发动机管理系统的设计

随着拖拉机发动机控制系统的复杂性在不断增加,拖拉机发动机扭矩管理系统需要满足多种工况需求,配备多种传感器和执行器,同时具备高效能和燃油经济性。为此,设计了基于双回路速度跟踪控制的拖拉机发动机扭矩管理系统,通过两个回路实现对发动机扭矩的精确控制,其中一个回路用于速度跟踪,另一个回路用于调节发动机扭矩。通过精确的速度控制和扭矩管理,系统可以在不同工况下实现高效的能量利用和优化的运行性能。试验结果表明:系统能够有效地实现发动机扭矩的准确控制,提高了拖拉机的整体性能和燃油经济性。研究结果旨在改进拖拉机发动机控制系统的性能,提高其适应多种工况的能力,并实现更高的燃油经济性。

有轨电车通过平交路口车路协同速度控制系统

[目的]为解决有轨电车在平交路口必须降速的问题,提出一种有轨电车通过平交路口车路协同速度控制系统。[方法]分析了有轨电车平交路口运行特征;介绍了有轨电车通过平交路口车路协同速度控制系统的设计思路,以及控制算法模块的实现流程;对所提控制系统的实施效应进行分析。[结果及结论]所提控制系统通过车辆定位技术和清空区冲突检测技术,结合与路口交通信号机的通信,判定有轨电车通过路口的方式。当有轨电车获得通过路权且清空区无冲突时,采用可控实体隔离设施临时性地创建有轨电车通行的独享封闭区间,保障有轨电车安全高效地通过平交路口。所提控制系统可以实现有轨电车在信号绿灯条件下不减速通过路口。所提控制系统对于前后站台相距250 m以上的无站台平交路口适用性较好,其能提高约15%的运行速度,减少40%的区间运行能耗,同时还能减少因平交路口干扰造成站间运行时间的随机偏差。

直线旋转开关磁阻电机的轴向速度控制与快速轴向定位

目前直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)只可实现轴向定位控制,两自由度运动方式较为单一。为提高LRSRM轴向控制性能,本文提出了一种轴向速度控制方法,通过线性位置/速度观测器协调控制转子的轴向位移和轴向速度,由转矩与轴向力的数学模型解算出转矩及轴向力绕组的给定电流,再将其分配到对应的绕组导通区间,分别进行电流滞环控制。该方法可以有效调节转子在旋转过程中的轴向定位速度。仿真和实验验证了所提方法的控制效果。

C型料场刮板机取料速度控制方法与系统开发

在C型料场刮板机自动化作业过程中,取料过快经常导致刮板机跳闸故障,取料过慢会导致供料不足、效率低等问题。对此,本文提出一种基于点云模型的C型料场刮板机取料速度控制方法,并在某C型料场现场试验验证,该控制方法步骤:(1)获取料堆点云数据和形状,将其转换为高度灰阶图,并采用一种新型点云过滤算法降低其噪声、提高平滑度;(2)基于刮板机链板恒定条件建立物料流量模型,结合能量转换构建刮板机电流-速度模型,将模型结果实时写入刮板机PLC中,进而实时控制刮板机取料速度。结果表明:使用该模型,料堆点云模型的内存资源降低98.64%,点与点之间形成有效的拓扑关系,计算的复杂度降低,料堆点云模型的平滑度显著提高;刮板机作业时料流的流量波动在8.29%内,刮板机的设备故障率减少5.24%,生产效率提高9.68%。本文提出的取料速度控制方法可用于替代人工调节刮板机的取料速度,减少刮板机的作业故障,提高生产效率,有效提高设备的无人化、智能化水平,并可为各种刮板机取料速度控制与作业稳定性控制提供参考。

无人驾驶汽车纵向速度的磁敏传感器控制方法

在无人驾驶汽车行驶过程中,工况的切换导致纵向速度控制难度较大,为提高行驶的稳定性和安全性,提出了基于磁敏传感器的无人驾驶汽车纵向速度控制方法。对无人驾驶汽车纵向运动的参数计算,为磁敏传感器建立基础环境。利用永磁体为磁敏器件提供偏置磁场,计算点磁源磁场强,获得磁敏传感器空间坐标。在空间坐标内,将汽车转速跟踪控制问题转化为连续系统的传感器状态描述,算出加速度和变化速率约束范围,得到最优控制输入增量;为避免制动与驾驶方式频繁转换,将节气门开度和期望制动器主液压控制量作为执行器控制输入,完成汽车纵向速度控制。实验表明,所提方法能够很好地跟踪期望的纵向速度,可以根据探测信息实时地调节控制参数,纵向车速控制效果更加稳定,保证行驶安全。

基于自适应模糊PID的连续管作业机注入头速度控制研究

连续管作业机工作过程中起/下管速度控制主要依赖手动调节注入头泵的排量、马达压力等。为解决操作复杂、自动化程度低等问题,将连续管作业机注入头液压系统简化为闭式泵控马达系统,将传统手动控制方式改进为自动控制方式。分析泵控马达系统的工作原理,在AMESim中构建泵控马达系统的液压仿真模型;利用MATLAB/Simulink设计出AMESim仿真模型的PID及自适应模糊PID控制模型,从而构成整个系统的闭环控制联合仿真平台。采用PID算法及自适应模糊PID控制算法对系统响应进行仿真分析。结果表明:采用自适应模糊PID控制方式后,液压模型的响应速度更快、无超调和滞后现象、稳态误差更小,泵控马达系统具有良好的动态特性。

基于Smith预估器的模糊PID调车自动驾驶系统速度控制研究

针对铁路站场调车作业的复杂性,研发基于调车的自动驾驶系统可降低劳动强度并提高车站作业效率,而速度控制策略是系统的重点和难点。根据调车牵引控制系统和制动控制系统特性,建立传递函数模型,并对模型参数的不稳定因素进行分析;利用Smith预估方法处理时滞系统的优势,结合模糊PID算法,设计基于Smith预估器的模糊PID控制器(简称新型控制器);通过模拟模型参数不稳定,分别使用阶跃响应曲线和司机实操速度曲线进行仿真,对比传统的PID控制器、模糊PID控制器与新型控制器的控制效果。结果表明:新型控制器适应能力更强,速度跟踪效果和停车精度都更高。

基于MCGS的刮板链螺栓自动紧固速度控制系统研究

针对刮板链螺栓紧固的局限性,设计了一种刮板链螺栓自动紧固设备,根据刮板链螺栓紧固的工艺流程,采用SolidWorks对刮板链螺栓自动紧固设备进行几何建模。在紧固过程中,由于步进电机转速太快时力矩不足,转速太慢时,紧固时间较长,效率太差。因此设计了一种基于MCGS的刮板链螺栓自动紧固速度控制系统,通过对步进电机矩频特性和螺栓拧紧曲线进行分析,得到了步进电机转速与旋转角度的关系,从而推出步进电机速度当量与紧固时间的关系。通过对螺栓紧固时间内速度当量值进行离散,采用MCGS设计硬件和编写软件脚本,同时对人机交互界面进行组态,将设计的控制系统进行联机调试。结果表明:该速度控制系统在15 s的紧固时间内,将速度当量值从3000离散至1000,达到了螺栓紧固的力矩要求,在简化紧固过程的同时,缩短了紧固时间,实现了刮板链螺栓的自动紧固,保证了设备运行的可靠性与稳定性,提高了工作效率。

基于扩张滑模-锁相环的感应电机无速度传感器矢量控制

在高性能感应电机无速度传感器矢量控制系统中,需要对转子磁链与转速进行准确的估计,而电动势项包含直流偏置,影响了转子磁链的准确估计。而且传统的正交锁相环方法在加减速工况下,转速估计难以收敛至实际值。该文针对这两个问题,首先,设计一种以定子电流与电动势为状态变量的Super-Twisting滑模观测器,结合可编程滤波器来估计转子磁链,以提升转子磁链估计精度;其次,提出一种基于扩张滑模锁相环的速度估计方法,提高加减速工况下的转速估计性能;最后,通过1.5 kW感应电机测试平台验证所提方法的有效性。

基于滑模干扰观测器的直线伺服系统滑模速度控制仿真研究

为了减小永磁同步直线电机伺服系统的速度跟踪误差,提出了一种基于滑模干扰观测器的滑模控制方法。首先,建立直线电机的数学模型。其次,针对直线电机具有参数时变、内部状态耦合的非线性特性,设计了滑模控制器。然后,考虑到直线电机伺服系统存在的多种扰动,设计了滑模干扰观测器用于估计扰动,并将观测器的扰动估计值作为速度控制器的前馈补偿,以消除扰动对系统的影响。最后的仿真结果表明,所提出的控制方法能提高直线电机速度控制系统的静态性能和抗干扰性。

复合模型参考自适应无速度矢量控制

磁链模型和无功功率模型由于结构简单、估计性能好,常用于模型参考自适应转速估计。针对磁链模型和无功功率模型各自存在的动稳态问题,通过分析不同模型对磁链精度的需求差异,提出了由无功功率-磁链-切换函数组成的复合模型,该复合模型在动态和稳态过程中都能实现准确的速度估计。经Matlab/Simulink仿真及实物实验,证实复合模型具有良好的动态跟踪性能和优秀的稳态性能。

基于STM32F4的无刷电机滑模速度控制策略研究

研究基于STM32F4微控制器的无刷直流电机滑模速度控制策略,实现一种比传统控制系统(proportional integral derivative,PID)更优的速度方法,提高电机控制的响应速度和稳定性。控制策略采用滑模控制理论设计了一套完整的控制算法,并通过STM32F4微控制器实施。实验结果显示,滑模控制在动态性能和抗扰动性方面均超越了PID控制,展现了较好的控制效果。该研究不仅证实了滑模控制在无刷电机速度控制中的应用价值,也展示了STM32F4在实现复杂控制策略方面的强大能力,对工业自动化和相关领域有着重要的实际意义。