[發明專利]一種基于非對稱Barrier Lyapunov函數高速列車粘著防滑控制方法有效
| 申請號: | 201810084763.7 | 申請日: | 2018-01-29 |
| 公開(公告)號: | CN110095979B | 公開(公告)日: | 2022-08-30 |
| 發明(設計)人: | 何靜;何云國;張昌凡;史來誠;劉樹燦 | 申請(專利權)人: | 湖南工業大學 |
| 主分類號: | G05B13/04 | 分類號: | G05B13/04 |
| 代理公司: | 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102 | 代理人: | 任重;馮振寧 |
| 地址: | 412000 *** | 國省代碼: | 湖南;43 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 基于 對稱 barrier lyapunov 函數 高速 列車 粘著 防滑 控制 方法 | ||
1.一種基于非對稱Barrier Lyapunov函數高速列車粘著防滑控制方法,其特征在于,包括以下步驟:
步驟1:以列車車體速度及車輪角速度為變量,建立列車車體模型:
式中:M為車體及乘客總質量;v為列車車速;Fa為輪軌粘著力;Fr為列車所受阻力;J為車輪的轉動慣量;w為車輪角速度;Tm控制力矩;r為車輪半徑;Rg為齒輪箱的傳動比;
選用蠕滑速度變量ws,定義為:
Fa可表示為:Fa=u(ws)Mg
粘著力矩TL為:TL=Far;
u(ws)為粘著系數,它的經驗公式為:
其中a,b,c,d的設計取決于軌面條件;
列車運行阻力的常規模型表示為:Fr=a0+a1v+a2v2
式中,a0,a1,a2為正實數,由實際運行情況所決定;
步驟2:設計列車防滑控制模型:
設計的防滑控制目標是實現列車實際蠕滑速度對期望蠕滑速度的跟蹤,首先,定義實際蠕滑速度與期望蠕滑速度之間的跟蹤誤差e:跟蹤誤差動態方程:
步驟3:選取車輪角速度w為狀態變量,由步驟1可得如下狀態方程:
設計滑模觀測器為:
其中是x1的觀測值;η1為待設計的常數;
由該狀態方程定義滑膜觀測器的偏差,并代入常數η1的值,結合步驟1中Fa、粘著力矩TL的公式及步驟2中的跟蹤誤差動態方程,變形計算實現對粘著力矩TL及粘著系數u的觀測;
步驟4:依舊選取車輪角速度w為狀態變量,由步驟1可得如下狀態方程:
設計如下滑模觀測器對粘著力矩導數進行觀測:
式中,是z1,z2的觀測值,為待設計的常數;
由該狀態方程定義滑膜觀測器的偏差,并代入常數的值,結合步驟3的方法,變形計算實現對粘著系數導數的觀測;
步驟5:基于粘著控制模型,設定期望粘著工作區域的約束條件和設計搜索步長的變化,所述期望粘著工作區域的約束條件為
其中δ為很小的正數;
步驟6:設計變步長期望值搜索策略,變步長搜索策略設計如下:
1)若(u-u)u<0,
2)若(u-u)u≥0,
3)
式中,α為搜索步長的權值,它根據實際情況來確定,δ為很小的正數,粘著力矩TL,粘著系數u及其導數由上面設計的觀測器獲取相應地數據;利用步驟3和步驟4得到的實時數據以及步驟5的約束條件搜索當前路況的期望粘著工作點;
步驟7:建立列車混合防滑控制器,實現全局穩定的蠕滑速度跟蹤防滑控制,其中在控制器的設計中引入非對稱BLF,得到了范圍更大的粘著控制區域,并證明了防滑控制系統的穩定性;
建立如下混合控制方法:
式中κ0,κ1,κ2,ε,ka,kb為大于零的給定常數,sgn為符號函數。
2.根據權利要求1所述基于非對稱Barrier Lyapunov函數高速列車粘著防滑控制方法,其特征在于,所述步驟3的具體過程為:
步驟3.1:定義觀測器的偏差
步驟3.2:取系統滿足滑模成立條件并且當系統到達滑模面后,由滑模等值原理可知:
步驟3.3:由及步驟3.2可知粘著轉矩TL的觀測值
步驟3.4:根據粘著力矩TL的觀測值來計算列車粘著系數
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