[发明专利]一种高速列车最优粘着制动控制方法及系统

说明书

本发明提出了一种高速列车最优粘着制动控制方法及系统，实现实时蠕滑率的估计及未知量的补偿同时又确保制动力的有效发挥。本发明能在复杂多变的轨面环境下实现对不同轨面最优蠕滑率的估计及跟踪，可有效发挥高速列车的制动力，从而可进一步提高制动系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及机车制动控制技术领域，更具体地，涉及一种高速列车最优粘着制动控制方法及系统。

背景技术

高速列车已成为我国铁路未来发展的方向和目标。随着列车的不断提速，铁路运输的安全性能指标也日益提高。安全性是衡量运输质量最重要的标准，因此制动系统必须具有很高的可靠性。

列车在实施制动时，制动力的发挥主要依赖于轮对和钢轨之间在接触过程中形成的粘着力。由于受轮轨间粘着系数的限制，所施加的制动力不能过大。如果超过了轮轨间的粘着限制，车轮与钢轨面之间就会发生滑行，导致轮轨剧烈摩擦，造成轮对踏面非正常磨耗，严重影响列车运行安全。实验也表明，粘着力的大小和轮轨间的蠕滑状态有着密不可分的联系。然而轮轨间的粘着呈高强度的非线性，难以精确获取。以上问题的存在严重影响了列车制动力的有效发挥。

目前的粘着制动控制方法的研究主要集中在两个方面：最佳蠕滑率或蠕滑速度的获取和控制器的设计。控制方法多以蠕滑率或蠕滑速度为控制目标，以期使列车运行在最佳粘着点附近，实现最优的粘着制动控制。然而在列车运行过程中，不同轨面的蠕滑率是时变未知的，难以精确获取。因此如何寻找时变轨面的最优蠕滑率，是一个需要解决的关键问题。另一方面，针对控制器的设计，目前对制动系统中存在的未知量及扰动没有过多考虑，这势必会影响控制的精准性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足和缺陷，提供一种高速列车最优粘着制动控制方法及系统。目的是实现对不同轨面最优蠕滑率的实时估计和系统未知量的补偿，确保对最优蠕滑率的跟踪，从而保证制动力的有效发挥。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高速列车最优粘着制动控制方法，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为不确定量粘滞摩擦系数、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为不确定量扰动力；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、总不确定量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，该跟踪器应用步骤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。

进一步地，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：