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题名计及一个单元动力完全缺失的动车组自动驾驶跟踪控制
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作者
李茂青
王元
周怀庆
高云波
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机构
兰州交通大学自动化与电气工程学院
中国铁路兰州局集团有限公司兰州电务段
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出处
《铁道科学与工程学报》
北大核心
2025年第4期1480-1491,共12页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52162050,61164010)。
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文摘
在动车组运行过程中,牵引/制动系统起着至关重要的作用。中途若其某个动力单元的牵引/制动相关设备发生故障,此时采取应急措施需要切除该单元牵引/制动力,会导致单元动力的完全缺失。对于多质点模型动车组而言,该系统就会变为具有强耦合的欠驱动系统。为解决上述故障下动车组的安全运行与精准停车控制问题,考虑将受控拉格朗日法进行扩展,设计一种可用于实现单欠驱动度动车组自动驾驶功能的跟踪控制器,从而达到容错控制的目的。首先,根据控制目标构造出期望的受控系统能量及拉格朗日函数,以此来导出原始动车组系统与受控系统相等价的匹配条件与显式匹配控制器的表示形式。其次,通过求解匹配条件得到故障动车组系统所需的具体匹配控制器。然后,直接选取受控系统能量作为Lyapunov函数,并利用LaSalle不变原理证明闭环系统的渐近稳定性。由于故障动力单元的期望轨迹需满足期望轨迹匹配条件,所以利用数值分析得到故障单元的期望轨迹是该控制器设计的一个特点。最后,选取CR400BF型高速列车作为研究对象对所提控制器进行仿真分析。仿真结果表明:基于受控拉格朗日函数法的跟踪控制器通过协调列车各正常动力单元的车间耦合作用力对故障动力单元间接施加控制,能够使各动力单元对期望位移与速度实现稳定跟踪,满足精准停车的性能要求,有利于保证故障列车运行过程中的平稳性并提高乘客舒适度。
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关键词
多质点模型
动力完全缺失
欠驱动跟踪控制
受控拉格朗日函数法
精准停车
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Keywords
a multi-particle model
complete lack of power
tracking control for underactuation
controlled lagrangians
precise stopping
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分类号
U284.1
[交通运输工程—交通信息工程及控制]
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题名计及2个单元动力完全缺失的动车组镇定控制
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作者
魏晓春
李茂青
王以庆
岳丽丽
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机构
兰州交通大学自动化与电气工程学院
西安铁路局绥德工电段
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出处
《兰州交通大学学报》
2025年第1期147-156,共10页
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基金
国家自然科学基金(52162050,61164010)。
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文摘
在动车组动力单元执行机构或信息网络故障导致2个动力单元动力完全缺失的情况下,应用受控拉格朗日函数法实现此系统的速度镇定控制与位移镇定控制。首先,建立动车组的多质点非线性动力学模型,并利用期望的受控能量构造受控拉格朗日方程;其次,由于忽略陀螺力项,明确并简化了受控方程与原始方程的匹配条件;然后,通过求解其中的偏微分方程,确定了实现速度稳定的期望位移条件,并得到了光滑的反馈控制器;接着,选取受控能量作为Lyapunov函数,并利用LaSalle不变定理证明其渐近稳定性;最后,以CRH3型动车组为研究对象进行仿真实证,验证了该控制器的可行性和有效性。该控制器确保了动车组在发生故障后能够安全地减速,并在低速状态下平稳运行,直至最终精确停靠在目的地。
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关键词
非线性控制
单元动力完全缺失
受控拉格朗日函数法
欠驱动系统
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Keywords
nonlinear control
complete loss of power in the unit
controlled Lagrangian
under actuated systems
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分类号
TP27
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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