[发明专利]一种高速列车最优粘着制动控制方法及系统

权利要求书

1.一种高速列车最优粘着制动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：建立高速列车制动过程中动力学模型：其中ω为轮对角速度、v为列车速度、λ为蠕滑率、M为轴重、J为转动惯量、B_t为不确定的粘滞摩擦系数、F为粘着力、r为轮对半径、F_K为轮对所有闸片提供的总制动力、r_z为制动盘的平均摩擦半径、T_D为不确定扰动；根据动力学模型获取高速列车制动过程中状态方程：其中制动力矩U＝F_Kr_z、总未知量f_D＝(T_D-B_tω)、状态变量x₁＝v、x₂＝ωr；

步骤S2：建立轮轨间粘着特性离散化方程Y(k)＝U^T(k)θ(k)，其中Y(k)＝μ₀λ(k)-μ(k)，U^T(k)＝[μ(k)λ(k),μ(k)λ²(k)]，θ^T(k)＝[P₁(k),P₂(k)]，μ₀为粘着特性曲线初始斜率，参数矩阵θ(k)中P₁、P₂为轨面参数；求解上述方程中参数矩阵θ(k)获取最优蠕滑率作为参考蠕滑率λ_p；

步骤S3：根据步骤S1所述的状态方程设计滑模观测器用于估计f_D和F；

步骤S4：设计蠕滑率跟踪器用于跟踪参考蠕滑率，所述蠕滑率跟踪器接收步骤S2得到的参考蠕滑率λ_p、步骤S3中的f_D和F，以实现控制目标，使得高速列车最佳制动性能。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车最优粘着制动控制方法，其特征在于，步骤S2中求解参数矩阵θ(k)采用带有时变遗忘因子的递归最小二乘法，递归方程为：所述递归方程中K(k+1)，P(k+1)为中间变量矩阵，ρ为遗忘因子其中α＞0，0＜ρ＜1；由所述带有时变遗忘因子的递归最小二乘法得到参考蠕滑率

3.根据权利要求1所述的一种高速列车最优粘着制动控制方法，其特征在于，步骤S3中的滑模观测器，具体表达为：与其中分别为x₁,x₂的观测值，k₁,k₂,L₁,L₂均为大于零的待设计常数；通过滑模观测器观测得到：

4.根据权利要求1所述的一种高速列车最优粘着制动控制方法，其特征在于，步骤S4中的蠕滑率跟踪器，具体表达为：其中e为实际蠕滑率λ与参考蠕滑率λ_p的误差e＝λ-λ_p，s为非奇异终端滑模面β为正常数，p与q为正奇数且满足

5.一种高速列车最优粘着制动控制系统，其特征在于，包括测量运算模块与粘着制动控制模块；测量运算模块具体为轮对速度传感器输出端分别连接第一滑模观测器与第一运算器，车体速度传感器输出端分别连接第二滑模观测器与第一运算器，第一运算器输出端连接参数估计器，参数估计器输出端连接第二运算器，第一滑模观测器、第二滑模观测器及第二运算器的输出端连接至第三运算器；

轮对速度传感器用于获取轮对速度ωr，r为已知的轮对半径，高速列车运行速度传感器用于获取列车运行速度v；

第一运算器用于获取当前蠕滑率其中x₁＝v、x₂＝ωr；

参数估计器采用带有时变遗忘因子的递归最小二乘法估计轨面状态参数P₁、P₂；第二运算器用于计算参考蠕滑率第一滑模观测器、第二滑模观测器分别用于获取粘着力观测值总干扰量观测值第三运算器用于跟踪参考蠕滑率λ_p输出最佳制动力矩并发送至粘着制动控制模块对列车实施制动，所述运算器表达式为其中e为实际蠕滑率λ与参考蠕滑率λ_p的误差e＝λ-λ_p，s为非奇异终端滑模面β为正常数，p与q为正奇数且满足