变工况条件下Bang-Bang控制与常规PID控制的集成设计与分析

将Bang-Bang控制与常规PID控制集成,研究了一种适用于大范围工况变化的变工况控制方法。对于非线性二阶系统,采用相轨迹法求解Bang-Bang控制的一次最优切换点;通过设置切换动作的最短响应时间来计算变工况控制的启动阈值。实例仿真结果表明:以变工况控制作为补充的集成控制方案,对全范围的工况变化具有良好的控制效果。

基于差扭控制的轮毂电机车辆防侧翻控制

为提高轮毂电机车辆在中高附路面快速转向时的防侧翻性能,提出了一种基于动态横向载荷转移率(LTR)调配4轮力矩的防侧翻控制策略。通过构建车辆侧翻运动模型,分析并阐述了车辆发生侧翻运动的机理。以LTR及速率检测方法实时判断并预测了车辆侧翻状态的变化趋势。将动态LTR作为侧翻评价指标及控制目标,提出了LTR速率预测的控制阈值优化方法,将LTR定点阈值扩充为区间阈值增加系统预测性能。以跟踪期望横向载荷转移率为控制目标设计了变论域模糊PID控制器,基于车辆防侧翻稳定性准则提出了最优车轮选取律及4轮力矩链式分配策略,并通过协调控制双侧电机驱/制动运动方式将系统决策的广义横摆力矩转化为4轮目标力矩,在稳定车身的同时减小了左右侧轮荷差异,实现了车辆的防侧翻稳定性控制。基于Simulink/CarSim软件联合仿真平台,选取鱼钩工况和双移线工况对该策略进行了验证。仿真结果表明:基于差扭控制的变论域模糊PID控制器开发的控制策略使LTR区间明显缩小,相比无主动控制时车辆在转向时侧倾角速度降低了约43%,有效地提升了轮毂电机车辆在中高速转向时的侧翻稳定性。

复杂轮轨摩擦条件下的重载机车防滑控制研究

轮轨黏着利用对重载列车的牵引和制动至关重要,尤其是在轮轨低黏着接触条件下。为解决重载列车运行中受复杂轮轨摩擦条件以及牵引载荷等因素影响的轮轨黏着利用和防滑控制问题,建立重载列车-轨道耦合动力学模型,主要包括重载列车子模型、轨道子模型、轮轨动态相互作用模型和考虑最优轮轨黏着利用的防滑控制模型,基于该模型分析了复杂轮轨摩擦条件下重载机车的轮轨滚动接触特性,系统地对比分析不同防滑控制模型对机车轮轨黏着利用的影响。仿真结果表明,牵引工况下,轮轨摩擦条件对轮轨动态相互作用的影响显著;相比定蠕滑率阈值的防滑控制,采用最优控制阈值PID防滑控制策略能够提高轮轨黏着利用率。

防滑控制策略对机车车轮的损伤影响研究

在低黏着轮轨接触条件下重载机车车轮易出现空转或打滑现象,因此重载机车一般配置防滑控制模块。提出一种基于扰动观测的最优阈值PID防滑控制模型;基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立重载列车-轨道三维耦合动力学模型,系统地对比在制动工况下,最优阈值PID防滑控制模型和传统再黏着防滑控制模型在不同轮轨接触界面黏着条件下的轮轨接触行为及对车轮踏面损伤的影响。研究结果表明,防滑控制模型对轮轨接触行为及车轮损伤影响显著;在制动和轮轨低黏着接触条件下车轮会发生打滑现象,此时防滑控制器会被触发;在低黏着接触条件下,相比于再黏着防滑控制策略,采用最优阈值PID防滑控制策略时轮轨黏着利用率更高,但会增大车轮踏面的滚动接触疲劳损伤。