高速列车滑模自抗扰黏着控制方法

作者：李中奇; 黄琳静; 周靓^*; 杨辉; 唐博伟

来源：交通运输工程学报, 2023, 23(02): 251-263.

DOI：10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.02.018

• 高速列车
• 黏着控制
• 自抗扰控制
• 滑模控制
• 轮轨模型
• 极大似然估计

为解决高速列车运行过程中因轨面情况改变，导致列车没有达到最大黏着利用而出现空转或滑行等问题，设计了一种基于最大黏着系数的滑模自抗扰(SM-ADRC)黏着控制器；考虑轮轨间黏着特性的复杂、时变与非线性等特点，基于黏着机理分析，建立了轮轨间牵引系统的力学模型；采用极大似然估计(MLE)方法对不同轨面的相关参数进行辨识，计算了当前轨面的最大黏着系数，保证列车始终能达到最大黏着利用；通过引入滑模算法改进了自抗扰控制(ADRC)中非线性误差反馈控制律部分，设计了一种SM-ADRC黏着控制算法，利用Levant跟踪微分器减小初始跟踪误差，利用扩张状态观测器(ESO)估计和补偿系统总的外部扰动，由滑模控制提高系统的鲁棒性；采用MATLAB软件对CRH380A型高速列车进行仿真，在轨面情况改变时，由SM-ADRC黏着控制器控制列车跟踪设定速度，并将其与比例积分微分(PID)控制器、滑模控制器、ADRC的仿真结果进行对比。仿真结果表明：干燥轨面的最大黏着系数是0.160,16 s时辨识出真值；潮湿轨面的最大黏着系数是0.106,18 s时辨识出真值；ADRC的速度跟踪误差范围为±1 km·h-1,轨面变化后，速度跟踪误差波动幅度较大；SM-ADRC黏着控制器的速度跟踪误差范围为±0.4 km·h-1,轨面变化后，速度跟踪误差波动幅度较小，更加平滑稳定，速度控制跟踪精度更高，且优于PID和滑模控制方法。可见，所提出的SM-ADRC黏着控制器能够实现列车的快速黏着控制，并达到最大的黏着利用。

• 单位
  华东交通大学