有轨电车独立旋转车轮导向与黏着控制策略研究

由于独立旋转车轮的直线对中和曲线导向能力差,文章以牵引电机导向型独立旋转车轮为研究对象,开展导向控制策略的研究。针对横向位移控制在系统参数变化后,PID参数需要重新整定的问题,提出基于模糊逻辑控制的参数自适应调整策略。此外,考虑到导向转矩的实现依赖于轮轨间黏着力,在优化黏着控制的基础上提出考虑黏着限制的转矩分配策略。通过仿真软件MATLAB与Simpack搭建机电耦合仿真模型,对提出的控制策略进行验证。结果表明,在系统参数变化和轨面状态变差的情况下,独立旋转车轮仍具有较好的导向能力。

基于最佳黏着点搜索的黏着控制方法

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。

基于改进滑模极值搜索算法的货运列车黏着控制研究

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。

基于虚拟样机的机车黏着控制研究

为了抑制轮对空转并最大限度利用轮轨黏着能力,需要开发基于虚拟样机和现代控制理论的机车黏着控制技术。建立了大功率机车牵引列车及电气牵引传动系统的机电一体化动力学模型,考虑到了大蠕滑率时轮轨黏着负斜率特性、电机磁饱和及转矩机械特性,对机车驱动过程进行仿真研究。提出通过检测同一转向架内不同轴之间的最大角速度差和角加速度差,实时计算轮轨黏着度,并采用模糊控制策略的黏着控制方法。仿真结果表明:在不同轨面及运行工况下,黏着控制使得轮轨有效黏着系数保持在黏着峰值,提高了机车的牵引性能;轮对的蛇行运动使得黏着控制中产生波动现象,波动频率与蛇行运动频率一致;针对不同结构参数机车和运行工况,黏着控制参数需要优化以达到最大的轮轨黏着利用率。

电力机车黏着控制分析

机车的黏着控制决定黏着利用的优劣,关系到列车的行车安全,是传动控制系统的重要组成部分。主要介绍黏着的相关概念和产生的原因,当前电力机车常用的黏着控制方法,最后比较了两种大功率交流传动机车的黏着性能。

机车黏着控制方法的研究现状综述

机车的黏着是有轨运输系统的基本条件，提高机车黏着性能是一个至关重要的课题。介绍了黏着的基本理论，黏着控制的目标就是在机车运行过程中，通过对驱动力的控制，使实际的黏着系数尽量逼近于当时路况的黏着系数最大值，从而获得最大的平均牵引力。对现有主要的机车黏着控制方法（反馈与极值组合法、模型控制法、模糊神经网络法、模糊控制及其他控制方法）作了简要总结，介绍各种方法的理论基础和控制模型，比较其性能的优劣，指出模糊神经网络和模糊控制法是两种很有前景的控制方法。

电力机车黏着控制研究

黏着控制决定了交流电力机车能否有效利用黏着,是牵引传动控制系统的重要组成部分。本文解释了机车产生空转和假空转的原因,分析了机车黏着控制的原则,对机车再黏着控制方法的控制条件和控制效果进行了分析,最后给出了我国未来优化机车黏着利用的建议。

基于最小二乘支持向量机的重载机车黏着控制方法仿真研究

针对重载电力机车的黏着控制，提出了一种基于粒子群算法优化最小二乘支持向量机的控制仿真模型。经过对国内外重载机车的黏着控制方法对比分析，提出基于最小二乘支持向量机的黏着控制算法，运用粒子群优化算法对LSSVM的结构参数进行优化，以达到更好的黏着控制效果。仿真结果表明，该模型具有较好的鲁棒性和较高的控制精度。

高速列车牵引传动优化黏着控制方法研究

为充分利用轮轨间黏着能力,保障高速列车牵引/制动性能发挥,提出了一种新的力矩反馈式优化黏着控制方法。当轮轨黏着条件变恶劣时,该方法可利用电机转矩、转速等信息,构建轮轨切向力系数全维状态观测器,并结合最小二乘法求得黏着蠕滑斜率,进而实施力矩反馈控制,动态调节电机转矩指令,实现复杂路况下轮轨间高黏着利用运行。随后,运用Matlab/Simulink搭建了基于CRH2型高速列车牵引传动黏着控制系统仿真模型。仿真结果验证了该方法的可行性。

基于云模型的高速列车黏着控制

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。

基于快速自适应超螺旋算法的高速列车最优黏着控制

为解决轨面状态变化时列车牵引/制动力得不到有效发挥的问题,考虑轮轨间黏着状态具有较强的非线性和时变性,设计一种快速自适应超螺旋(FAST)滑模控制器。根据轮轨黏着机制和列车运行原理建立列车模型,对不同轨面下黏着特性曲线进行研究。使用全维状态观测器对负载转矩进行观测,并计算获取当前轨面黏着系数。在此基础上,利用滑模极值算法动态搜索当前轨面最佳蠕滑速度。采用快速自适应超螺旋算法设计的滑模控制器控制牵引电机转矩,使列车蠕滑速度稳定跟踪于当前轨面最佳蠕滑速度处。利用MATLAB软件对FAST滑模控制器设计的列车运行控制系统进行仿真,将其与采用超螺旋滑模控制器和标准滑模控制器的仿真结果进行对比。研究结果表明,FAST算法将系统稳定时间缩短至5 s,收敛速度加快。不同轨面搜索到的蠕滑速度稳定在最优阈值1.4~1.5 m/s之间,轨面变化时,转矩变化趋势与轨面变化趋势一致,数值分别稳定在67200和32720左右。在模型中加入干扰后,系统能快速稳定,转矩相对误差处于±0.05%,控制器有较强鲁棒性。由此可知,快速自适应超螺旋算法实现了对不同轨面下的列车最佳蠕滑速度的快速跟踪,充分利用了当前轨面的最大黏着系数,极大发挥了列车牵引/制动力,实现了高速列车的最优黏着控制。

电力机车牵引黏着控制半实物仿真研究

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。

一种考虑系统不确定性估计的重载列车最优黏着控制

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。

城市轨道交通车辆牵引系统黏着控制优化方法及其应用

对列车发生空转或滑行的机理进行了详细分析。基于车辆黏着控制技术的研究应用现状,提出了一种消除空转或滑行与保持空转或滑行相结合的优化黏着控制方法。详细阐述了该控制方法的控制原理及实现方法,并进行了试验验证。试验结果表明:该控制方法结构简单、易于实现,能够充分利用黏着,使转矩波动较小、列车运行平稳,能有效提高乘坐舒适度。

基于最优蠕滑辨识的高速列车黏着控制研究

针对高速列车黏着控制提出一种最优蠕滑辨识方法,通过仿真分析验证该方法的有效性。通过捕捉瞬态控制和稳态控制切换时的蠕滑率作为控制基准值,以模糊控制方式对控制基准值进行调节,实时辨识轨面最优蠕滑率。该方法以最优蠕滑率为控制目标达到获取最优黏着控制效果,实现了最大黏着系数利用、提升牵引力发挥稳定性的目的,为黏着控制在高速列车领域的应用提供了指导。

列车传动最优黏着控制策略研究

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。

基于变步长极值搜索的列车黏着控制方法研究

为了有效地解决由于外界因素导致的轮轨黏着牵引力利用率不高的问题,提出用全维状态观测器来估测黏着系数,同时采用带遗忘因子递推最小二乘算法(FFRLS)以获得黏滑特性曲线的斜率值,进而引入变步长梯度下降法搜寻最优蠕滑速度以调节转矩补偿值,可实现在恶劣轮轨路况下高速列车黏着力仍可高效利用的目的。文中将在Matlab/Simulink平台对此研究策略的可行度和有效性进行验证。

基于Simulink/Stateflow下地铁列车黏着控制的仿真研究

随着中国地铁的大规模建设和新技术的普遍使用,列车的精度控制越来越受到重视,良好的黏着控制在地铁列车准确对标和节能减排方面日益发挥重要作用。本文采用Simulink和Stateflow模块混合建模方式通过黏着控制的主要算法建立列车动力、电机及黏着控制系统一体化模型,着重分析在两种不同空转/滑行判定方式下列车运行情况,最后得出比较分析结果。

高速列车最优黏着控制方法研究及展望

为了使实际的黏着系数尽量逼近于当时路况的黏着系数最大值,以获得更大的平均牵引力,提高黏着利用率。在介绍轮轨黏着机理的基础上,总结了高速列车基于最优黏着的空转判据和相应的黏着控制方法,详细介绍了各种方法的理论基础和优缺点,最后对我国黏着控制的发展作了展望。

提高逆变控制机车启动牵引力的再黏着控制方法

介绍了在混合动力调车机车上开发的提高启动牵引力的再黏着控制方法。