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扰动观测器在列车速度预见跟踪控制中的应用

米根锁 李相儒

米根锁, 李相儒. 扰动观测器在列车速度预见跟踪控制中的应用[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1101-1108. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180270
引用本文: 米根锁, 李相儒. 扰动观测器在列车速度预见跟踪控制中的应用[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1101-1108. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180270
Mi Gensuo, Li Xiangru. Application of Disturbance Observer in Train Speed Preview and Tracking Control[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1101-1108. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180270
Citation: Mi Gensuo, Li Xiangru. Application of Disturbance Observer in Train Speed Preview and Tracking Control[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1101-1108. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180270

扰动观测器在列车速度预见跟踪控制中的应用

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180270
基金项目: 

甘肃省自然科学基金项目 1310RJZA046

详细信息
    作者简介:

    米根锁(1966-), 教授, 硕士生导师, 研究方向为智能控制, mgslzjt@163.com

  • 中图分类号: TP273.5

Application of Disturbance Observer in Train Speed Preview and Tracking Control

  • 摘要: 针对高速列车在运行中牵引和制动系统必然出现的损耗现象以及车体受到外界环境的干扰是时刻变化的,导致建立的模型参数出现偏差,设计了一种用最优预见控制算法实现的控制器。该算法以列车动力学为基础,确定列车模型传递函数,进行极点配置之后使控制系统稳定;将建立的列车模型作为该算法的被控对象,线路附加阻力和基本阻力作为该算法的扰动输入,并在其基础上加入扰动观测器,进一步提升该控制系统的稳定性能,从而实现列车速度的自动预见控制。仿真结果表明,加入扰动观测器的最优预见算法控制列车按目标速度自动跟踪运行具有良好的抗干扰和自适应性,能在约束范围内使列车运行达到期望状态,且运动轨迹能很好地跟随目标轨迹。
  • 图  1  基于最优预见控制的列车控制结构图

    图  2  列车模型框图

    图  3  最优预见控制结构图

    图  4  扰动观测器框图

    图  5  扰动观测器结构图

    图  6  跟踪曲线

    图  7  误差曲线

    图  8  实测扰动和估测扰动

    图  9  建模和速度偏差

    表  1  线路参数表

    参数名称 参数值
    线路长度/km 88.2
    线路限速/km 225
    0~14.8/‰ 5.5
    14.8~37.2/‰ -3.0(下坡)
    37.2~38.1/‰ 2.5
    38.1~56.5/‰ -1.0(下坡)
    56.5~57.3/‰ 2.5
    57.3~81.7/‰ -4.0(下坡)
    81.7~88.2/‰ 0.2
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    表  2  列车参数表

    参数名称 参数特性
    列车总重/t 750
    最高速度/(km·h-1) 300
    编组长度/m 200
    基本阻力/(N·kN-1) w=0.62+0.008 2v+0.000 14v2
    牵引特性/kN F1=0.285v+300(0 < v < 120)
    F2=31 500/v(v>120)
    B1=1 140*(2v+120)/(3v+120)
    紧急制动
    制动特性/kN B2=912*(2v+120)/(3v+120)
    常用制动减压130KP
    B3=570*(2v+120)/(3v+120)
    减压80KP
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    表  3  控制器参数表

    参数名称 数值
    系统权重矩阵Q diag(1010, 1010, 5*108, 108, 0)
    输入权重系数H 0.01
    目标预见步数 28
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  • 收稿日期:  2018-10-08
  • 刊出日期:  2019-07-05

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