本發(fā)明公開了一種基于非對稱Barrier Lyapunov函數高速列車粘著防滑控制方法，首先設計混合控制器并在控制器的設計中引入非對稱Barrier Lyapunov函數；然后設計變步長搜索算法，并且采用滑模觀測器對輪軌間的粘著狀態(tài)作近似估計；混合控制器包括非對稱Barrier Lyapunov函數控制器和滑模控制器；對期望跟蹤目標的搜索包括采用滑模觀測器對粘著力矩、粘著系數及其導數的觀測和變步長期望值搜索策略的設計；其中變步長期望值搜索策略僅依靠高速列車運行中自身狀態(tài)來設定目標區(qū)域約束條件和設計搜索步長；本發(fā)明不僅能夠避免高速列車在行駛過程中可能發(fā)生的車輪滑行現象，并且若列車車輪蠕滑速度的初始狀態(tài)不位于粘著區(qū)域內也能實現輪軌的再粘著控制，實現全局穩(wěn)定的蠕滑速度跟蹤防滑控制。

技術領域

本發(fā)明屬于高速列車防滑控制領域，具體涉及一種基于非對稱Barrier Lyapunov函數高速列車粘著防滑控制方法。

背景技術

隨著列車運行速度不斷提高，會相應地降低輪軌間的粘著特性，列車在運行中出現滑行的機率就會增大甚至會出現空轉現象。高速列車在運行中一旦出現此類現象，對列車的牽引與制動性能將造成影響，嚴重危害運行安全。

目前在列車防滑控制系統(tǒng)的設計上，與之密切相關的包括兩個重要方面：一是列車防滑控制器的設計，要盡可能地避免列車運行中不確定的粘著條件對防滑控制的影響，保證列車安全、穩(wěn)定地運行；二是對于控制過程中期望目標的跟蹤，即實現列車的實際粘著工作點漸近跟蹤期望粘著工作點。在防滑控制系統(tǒng)方面，大多數方法是以蠕滑速度或蠕滑率作為跟蹤控制的目標。而近年來，人們開始關注并研究一種帶有邊界形式的BarrierLyapunov函數(BLF)，它可以將某些系統(tǒng)的狀態(tài)值控制在所設計的約束邊界內。利用這種特殊的性質可以解決飛機的防滑剎車系統(tǒng)和高速列車防滑控制器的設計問題，保障控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而，利用BLF設計控制器會使約束區(qū)域(可行粘著區(qū))過小，限制其在工程中的應用。在期望目標跟蹤控制方面，軌面粘著特性的獲取至關重要，但列車實際運行的粘著特性又極難獲取，只能通過觀測器間接估計。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種高速列車的全局粘著防滑控制策略。首先，通過設計一種混合控制器的切換實現列車的全局防滑控制，并且在控制器的設計中引入非對稱 BarrierLyapunov函數(ABLF)，保障列車在可行粘著區(qū)域的穩(wěn)定性；然后，對于期望跟蹤目標的搜索，我們設計了一種變步長搜索算法，并且采用了一種滑模觀測器對輪軌間的粘著狀態(tài)作近似估計，用于搜索列車當前路況下的最佳蠕滑速度。

本發(fā)明提供了一種基于非對稱Barrier Lyapunov函數高速列車粘著防滑控制方法。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種基于非對稱Barrier Lyapunov函數高速列車粘著防滑控制方法，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，建立高速列車數學模型：

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； R_g為齒輪箱的傳動比。

選用蠕滑速度變量w_s，定義為：

F_a可表示為：F_a＝u(w_s)Mg

粘著力矩T_L為：T_L＝F_ar；

u(w_s)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；