[发明专利]用于列车ATO系统的鲁棒自适应非奇异终端滑模控制方法

说明书

本发明公开一种用于列车ATO系统的鲁棒自适应非奇异终端滑模控制方法，包括：S1、分析列车纵向运动进行受力情况，建立包含未知参数、不确定性和外部干扰的列车纵向运动动力方程；S2、定义位置跟踪误差、速度跟踪误差和加速度跟踪误差，构造非奇异终端滑模面；S3、设计各未知参数估计值的自适应律和非奇异终端滑模面的控制策略；S4、将非奇异终端滑模面、各未知参数估计值的自适应律和非奇异终端滑模面的控制策略代入列车纵向运动动力方程，得到非奇异终端滑模闭环控制方程，利用非奇异终端滑模闭环控制方程进行控制。本发明可使列车ATO系统的位置速度的跟踪误差能在有限时间内到达滑动表面，且在有限时间内收敛到零。

技术领域

本发明涉及列车控制技术领域。更具体地，涉及一种用于列车ATO系统的鲁棒自适应非奇异终端滑模控制方法。

背景技术

现代铁路交通系统秉持着快速发展和满足巨大需求的目标，追求更高的列车速度是非常迫切和不可避免的。当前列车自动控制(ATC)系统主要由以下三个子系统构成，即列车自动运行(ATO)系统、列车自动保护(ATP)系统和列车自动监控(ATS)系统。其中，列车ATO系统可以控制列车运行的所有阶段，例如自动启动，加速，巡航，制动，精确停车，站间临时停车，自动返回等。因此，列车ATO系统在ATC列车的性能中起着至关重要的作用，受到理论和工程领域的研究人员的高度重视，促进了许多有效算法的发现，如自适应控制，模糊控制，鲁棒控制等。

然而，模型的不确定性和未建模引起的外部干扰，上/下车乘客，天气条件(大风和阵雨)，以及列车运行的关键因素，如斜坡等并没有被深入关注。因此，必须结合纵向列车动力学开发一种适用于确保上述因素的鲁棒性和其他性能的控制方法。

另一方面，众所周知，滑模控制具有对参数变化，系统模型不确定以及扰动不灵敏的特点。而且很多文献已经给出了有关于滑模控制的一些重要工作和成果。在过去几十年中，滑模控制策略已被大量的应用在实际系统中，例如机器人操纵器，陀螺仪和电力系统。而滑动面的形状决定了相应的滑模控制系统的动态性能是否良好。Phadke提出线性滑动面控制器虽然可以保证系统最终稳定收敛于平衡点，但是却是在无限时间内，所以为了克服线性滑模的这个缺点，提出了非线性滑动面控制。近年来，具有非线性滑动表面的TSM控制可以确保所得到的闭环系统的状态能够在有限时间内收敛到平衡点，因此已经受到了极大的关注。然而，在没有适当地给出初始条件的情况下可能引其奇异性问题，特别的还未有在列车参数和滑动面参数正常有界情况下的鲁棒NTSM控制问题的相关研究成果。

因此，需要提供一种用于列车ATO系统的鲁棒自适应非奇异终端滑模控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于列车ATO系统的鲁棒自适应非奇异终端滑模控制方法，以解决在未知参数、模型不确定性和外部干扰的影响下列车ATO系统的位置和速度的跟踪控制问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于列车ATO系统的鲁棒自适应非奇异终端滑模控制方法，包括如下步骤：

S1、分析列车纵向运动进行受力情况，建立包含未知参数、不确定性和外部干扰的列车纵向运动动力方程；

S2、定义位置跟踪误差、速度跟踪误差和加速度跟踪误差，构造非奇异终端滑模面；

S3、设计各未知参数估计值的自适应律和非奇异终端滑模面的控制策略；

S4、将非奇异终端滑模面、各未知参数估计值的自适应律和非奇异终端滑模面的控制策略代入包含未知参数、不确定性和外部干扰的列车纵向运动动力方程，得到非奇异终端滑模闭环控制方程，利用非奇异终端滑模闭环控制方程进行用于列车ATO系统的鲁棒自适应非奇异终端滑模控制。

优选地，步骤S1中建立的建立包含未知参数、不确定性和外部干扰的列车纵向运动动力方程为：