基于自适应参数估计的列车制动减速度控制_吴萌岭

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轨道交通制动系统创新技术

轨道交通制动系统创新技术作者：吴萌岭周嘉俊田春陈茂林来源：《现代城市轨道交通》2019年第07期摘要：通过介绍轨道交通制动系统的发展与应用现状，对轨道交通制动系统未来的发展进行探讨和展望。

具体从施加制动力的源动力和制动指令传输2个维度回顾近200年来轨道交通制动系统的发展历程，并结合飞机和汽车制动系统的发展现状，提出轨道交通制动技术发展的趋势为全电气化和智能化;重点介绍顺应这一趋势发展的轨道交通制动系统新技术——电机械制动技术，它可以完全摆脱压缩空气的限制，实现源动力与指令信号的电气化。

关键词：轨道交通;制动系统;源动力;制动指令;电机械制动中图分类号：U260.13+80 引言近年来，随着我国交通事业的发展，对于轨道交通载运工具的要求也日益提高。

无论是运营的高速化还是维护的智能化都对轨道车辆制动系统提出了更高的要求。

1 轨道交通制动系统的发展及其规律1.1 制动系统的发展从19世纪初蒸汽机车所采用的人力制动到今天高速列车所采用的微机控制直通电空制动系统，轨道车辆制动系统技术的每一次重大变革不外乎围绕着制动力的源动力改变或制动指令传输方式的变化。

早期蒸汽机车和车辆的制动一直采用人力制动，即制动员按照司机的笛声指令，以人力作为源动力通过转动制动手轮绞动制动钢丝，使闸瓦贴靠车轮踏面，从而产生摩擦力使得车轮转动减慢直至停止。

由于手制动机存在制动力弱，不能由司机一人操作等缺陷，很快就被非人力的制动机所替代。

1844年，英国铁路用真空制动机取代了手制动机。

真空制动机是以大气压作为制动力的源动力，利用真空度造成的负压推动制动缸带动闸瓦贴靠车轮踏面，以施加制动。

真空制动系统在机车上设有真空泵、制动阀和真空制动缸，在车辆上则仅有真空制动缸，整列车的制动缸全部用制动管连通。

司机通过操纵制动阀改变制动管中的真空度，此时真空制动缸中便产生压力差，从而实施阶段制动或缓解。

这种制动系统的特点是构造简单，但制动力不大，而且海拔越高制动力越小。

时速160公里城际动车组制动控制系统设计陈澍军

时速160公里城际动车组制动控制系统设计陈澍军发布时间：2021-08-03T08:41:53.784Z 来源：《中国科技人才》2021年第12期作者：陈澍军秦佳颖宋立群[导读] 本文主要分析了时速160公里城际动车组制动控制系统的设计，通过对比各型轨道车辆车辆的特点，对制动控制系统的复合制动控制方式，提出了设计构想。

陈澍军秦佳颖宋立群中车唐山机车车辆有限公司科技管理部摘要：本文主要分析了时速160公里城际动车组制动控制系统的设计，通过对比各型轨道车辆车辆的特点，对制动控制系统的复合制动控制方式，提出了设计构想。

关键词：城际制动组；制动控制系统；复合制动一、绪论城际轨道交通是介于干线铁路和城市轨道交通之间的交通方式，具有以下特点：（1）客流方面，客流存在明显的日波动、周波动、节假日波动，客流成分以往返旅客为主。

（2）列车编组方面：与干线铁路列车相比，编组灵活。

（3）运营线路：位于城市群内的城市间和城市和郊区间，运行区间短，站间距离短。

（4）运营特点：发车密度高，停站频繁。

一般为15 min—l h/每列，比干线铁路高；比城市轨道交通低。

（5）运行速度：一般最高运行速度100～160 km/h，比高速铁路低；比城市轨道交通高。

由城际动车组的运行需求，分析各种车型的特点，制定了制动系统设计方案，并将对设计中特殊的方案进行深入分析研究。

二、城际动车组制动控制系统设计列车制动控制系统是制动系统的核心，可以对列车自身以及监控设备信息进行处理，制定制动方案，通过指令控制基础制动设备，实现制动功能。

运行在干线铁路和城市轨道之间的城际动车组兼有干线车辆和城市轨道交通车辆独特需求，在制动系统的设计上尤为考虑兼顾。

通过对相关各车型的参数进行对比分析（表1），选择能适用城际动车组的制动控制系统。

城市轨道交通车辆为了适应站间距离短、启动制动频繁等特点，城市轨道交通车辆制动系统均采用微机控制的直通式电空制动系统。

地铁车辆制动控制系统采用控制数字编码或模拟信号指令传输方式，包括微机控制制动单元，指令传输系统，气制动控制单元，防滑系统，停放制动等。

微机控制直通电空制动系统的FMEA和FTA分析

算规则对故障树进行了逻辑简化，得出了系统部件故障的最小割集；利用最小割集对所建立的故障研究与开发。
树进行定量计算，得出了系统的可靠性指标。
关键词：制动系统；可靠性分析；故障树模璎；ＦＭＥＡ；ＦＴＡ；电动车组
中图分类号：Ｕ２６０．３５
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００一１２８ｘｒ２００８）０卜００３２—０５
３００×ｌＯ×：ｌｎ＿尚×１点＝５ｈｌＯ×６０ｌＯ
（一３‘）
根摄麓靠性理论，任～系统藏部件ｘ的露器囊戤《，｝与故障概率根据可靠性理论，任一系统或部件ｘ的可
靠度定ｘ“，之闽都有以下关系
酸ｆ，）踹ｌ嘎ｆｆ，
（４）
万方数据
第ｌ期
燹萌岭，王孝延，严凯军：微机控制袁通电空制动系统的ＦＭＥＡ和ＦＴＡ分析
ａｂｎｏ肌ａｌｓｔｕｄｉｅｄｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔｅｄｓｙｓｔｅｍｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｌｌｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｎｔｈｅ
ｂｒａｋｉｎｇｏｆｍｉｃｒｏ—
ｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎ劬ｌｌｅｄｄｉｒｅｃ诅ｃｔｉｎｇｅｌｅｃ怕－ｐｎｅｕｍａｔｉｃｂｒ凼ｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓａｎａｌｙｚｅｄｗｉ山ＦＭＥＡａｎｄＦｒＡｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ刚ＥＡ柚ａｌｙｓｉｓ协ｂｌｅｉｓ
２．ＭＴＲＣｏｌｌ印）ｒａｔｉｏｎ（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ）Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１８０３ｌ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｄｖ锄ｔａｇｅｓａｒｃａｎａｌｙｚｅｄｆｏｒＦＭＥＡａＪｌｄＦｒＡ，ｔｗｏｏｆｔｌｌｅｓｙｓｔｅｍｒｃｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ．Ａｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｉｓ

高速列车制动系统减速度设计的综合分析与研究

高速列车制动系统减速度设计的综合分析与研究杨伟君;李邦国;乔峰;王鹏飞【摘要】无论是直通式还是间接式,世界各国高速列车制动系统多采用电空制动来实现.在分析研究国内外高速列车减速度设计的基础上,结合我国高速列车运营模式及电空复合的实际情况,以充分利用黏着、尽量减少制动距离为目标,设计了CRH380B高速列车制动系统紧急制动减速度曲线.根据该曲线,通过系统仿真的方法,确定了制动缸压力.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2011(031)005【总页数】5页(P24-27,42)【关键词】CRH380B;制动系统;减速度【作者】杨伟君;李邦国;乔峰;王鹏飞【作者单位】中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081;中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081;长春轨道客车股份有限公司铁路客车开发部,吉林长春130062;中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U266.2.35世界各国高速列车制动系统均采用电空制动来实现。

其常用制动的控制方式多采用减速度控制［1－2］，即制动控制单元根据速度和手柄级位确定出目标减速度，进而计算出应施加的制动力。

随着速度的不断变化，即使司机控制器处于相同级位，目标减速度和目标制动力也会跟随速度不同而变化。

减速度和紧急制动距离的确定是高速列车制动系统设计的首要的、也是最重要的问题。

它们是描述列车制动能力和运行安全性的最基本参数，是铁路通信信号系统和运输组织的重要依据。

紧急制动减速度和制动距离与许多因素有关，诸如制动方式、系统配置、制动模式、基础制动装置的结构、材料等因素。

世界上主要高速列车的紧急制动距离和平均减速度见表1。

1 减速度确定方法研究对于采用再生制动和摩擦制动的CRH380高速列车而言，减速度的设计取决于列车基础制动装置的热容量和轮轨间黏着利用等制约因素，同时还应考虑必要的安全余量，特别是再生制动发生故障时、仅仅依靠摩擦制动情况下的紧急制动能力。

基于模糊控制的列车运行速度自适应调节系统设计研究

基于模糊控制的列车运行速度自适应调节系统设计研究随着城市化的不断发展和人们出行的日益增多，交通运输也成为了改善生活质量的重要因素。

地铁作为城市交通运输中的一种重要方式，具有运行速度高、运行时间短、便于乘客换乘等优点。

然而，在地铁运行过程中，人员的数量、车辆数量的不确定性以及乘客上下车的不规律性等因素都会影响车辆的行驶速度，从而对地铁运营带来一定的影响。

如何有效地控制地铁的运行速度，保证地铁的准确、高效和安全运营，是一个值得探索的问题。

为了解决这个问题，我们将在本文中介绍一种基于模糊控制的列车运行速度自适应调节系统的设计研究。

本系统采用模糊控制器对列车的运行速度进行自适应调节，可以根据列车的位置信息和行驶速度信息，及时地调整车速以适应不同的交通环境。

一、列车运行速度自适应调节系统的设计该系统主要由三个部分组成：传感器、控制器和执行器。

传感器主要用于获取列车的位置信息和速度信息，以便控制器进行运算。

控制器主要用于对收集到的数据进行分析处理，进而输出命令指挥执行器，调节列车的运行速度。

在设计控制器的过程中，我们采用的是模糊控制器来控制列车的运行速度。

模糊控制器的设计主要包括模糊化、规则库、推理机和去模糊化等过程。

1. 模糊化模糊化是将输入变量进行模糊处理，用于适应不同的运行环境。

模糊化的目的是将实际参数映射为模糊数值，这样即使是容易受到环境影响的参数，也可以对其进行处理，并使其适应不同的场景。

2. 规则库规则库是用来存储控制器的规则，规则库的设计是关键之一。

控制器的规则库通常包括各种规则，根据传感器采集到的数据和控制器内部算法，调整列车的运行速度。

规则库需要根据具体操作的车辆特性进行提前预设和调整。

3. 推理机推理机是用来计算控制器的输出结果。

推理机将通过模糊化处理过的数据转换为模糊数值，然后使用规则库对这些数值进行计算，并输出模糊结果。

该过程通过计算控制信号，最终实现对列车速度的自适应调节。

4. 去模糊化去模糊化是将推理得到的模糊结果转换为实际控制指令。

城市轨道车辆微机控制直通式制动试验系统

（．ｌｅｅｏｔｍｏｉｅＥｎｉｅｒｎａＣｏｌｇｆＡｕｏｔｖｇｎｅｉｇ；ｂＣｏｌｇｅｏｂｎＲａｌｙＴｒｎｐｔｔｎ，．ｌｅｆＵｒａｉｗａａｓｏｒａｉｏ
ＳａｇａｈｎｈｉＵｎｉｅｓｔｆＥｎｉｅｒｎｃｅｃｖｒｉｙｏｇｎｅｉｇＳｉｎｅ，）
圈１电空联合系统总图
Ｆｉ．ＧｅｒｌＳｃｅａｉｌｃｒ－ｅｍａｔｃｂａｎｇｓｓｅｇ１ｎｅａｈｍｔｃｏｆｅｅｔｏｐｎｕｉｒｋｉｙｔｍ
动车直通式制动机主要由以下几个部分组成：
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｃｏｃｍｉｒ — ｏｍｐｕｅｏｎｒｌｅｉｅｔａｔｎｇｒｋｎｇｔｓｓｔｍｆｕｂａａｌｅｉｌｓｄｅｔｒｃｔｏｌｄｄｒｃ — ｃｉｂａｉｅｔｙｓｅｏｒｎｒｉｖｈｃｅｗａ－
动机的一个发展方向．
收稿日期：００—０ —２２１８１
作者简介：谢克飞（９５一）男，读硕士，究方向为城市轨道车辆制动系统及制动能量回收． — ｉｘｆ８１３ｃｒ１８，在研Ｅｍａｌｋ＠６．ｏ：９ｎ
ｄａｉｉｕａｉｓｏｌｃｒ — ｎｅｙｎｍｃｓｍｌｔｏｎｆｅｅｔｏｐｕｍａｉａｅｕｅｉｆｒｎｏｋｉｇｃｎｄｔｏｎ．ｈｅｕｌａｒｔｃｂｒｋｎｄｒｄｆｅｅｔｗｒｎｏｉｉｓＴｅｒｓｔｃｎｐｏ－

轨道交通车辆制动用中继阀的可靠性

轨道交通车辆制动用中继阀的可靠性
吴萌岭;王孝延;田春
【期刊名称】《西南交通大学学报》
【年(卷),期】2009(044)003
【摘要】通过耐久性试验评估轨道交通车辆制动系统用中继阀的可靠性.结果表明,中继阀的故障服从形状参数m=3.43的威布尔分布,故障率随试验循环次数增加而递增.主要故障模式是V型圈和复位弹簧的疲劳破坏.
【总页数】5页(P365-369)
【作者】吴萌岭;王孝延;田春
【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海200331;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海200331;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海200331
【正文语种】中文
【中图分类】U270.35
【相关文献】
1.中国城市轨道交通协会团体标准《城市轨道交通车辆制动系统》正式实施 [J], ;
2.基于SPOC的高职院校轨道交通专业教学模式
——以城市轨道交通车辆制动系统与检修课程为例 [J], 魏秀琴;金星;李宇;陈桂平;魏立帅
3.轨道交通车辆制动用中继阀的可靠性 [J], 周忠海;朱振海;聂佩琦
4.轨道交通车辆制动用中继阀的可靠性 [J], 周忠海;朱振海;聂佩琦
5.城市轨道交通车辆制动系统控制阀故障诊断方法 [J], 原宇博
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微机控制直通电空制动系统研究与试验

≤ 0.
528
( 1)
式中 qm1 ——流向 CV 压力的质量流量, kg/ s; S 1 ——充气节流孔有效面积, m2 ;
R ——气体常数; T ——绝对温度; P CV ——CV 压力, Pa;
P 0 ——风源压力, P a;
k —— 空气绝热指数;
qm2 ——CV 压力排气的质量流量, kg / s;
该部分主要用来产生制动信号, 并将信号传递到各车辆的 M BCU 或 PBCU 。主要由制动控制器、调制及逻辑控制器、制动指令线等组成。
制动控制器受司机控制产生常用或紧急制动指
令。在司机室, 还设有非常制动按纽开关、停放制动和强迫缓解等开关, 用以产生相应的指令信号。
调制及逻辑控制器同时接收 ATP 发出的指令, 逻辑控制器还接收车长阀等发出的指令。调制器将制动控制器或 AT P 的常用或紧急制动指令转换成相应的脉宽调制( PWM ) 信号。逻辑控制器通过逻辑电路, 使指令线在各工况下发出相应的指令信号。
制动指令线 ( 1) PWM 线。二根, 传递常用制动和紧急制动模拟信号至各车的 MBCU。( 2) 非常制动线。二根。其中一根为开关线, 上面串接了控制非常制动的开关, 如司机非常制动按钮开关、车长阀等; 另一根为回线, 将非常制动指令传至各车 P BCU 中的非常制动单元。( 3) 制动/ 运行信号线。列车处于制动状态
图 3 EP 单元工作原理 1 —— 制动指令; 2—— M BCU ; 3—— 风源; 4—— 制动电磁阀; 5—— 压力传感器; 6—— 缓解电磁阀; 7——C V 压力( 至中继阀) 。
M BCU 控制 EP 阀产生 CV 压力的过程, 可以看成是风源通过节流孔向一个容积充气或这一容积通过另一节流孔排气。由空气动力学知识, 经推导可以得到, 单位时间内通过上述节流孔的压缩空气的质量流量为

基于反步法的列车制动缸压力精确控制

DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.03.006基于反步法的列车制动缸压力精确控制雷驰，吴萌岭(同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海 201804)摘要：针对重载列车电控空气（ECP ）制动系统，提出基于反步法的制动缸压力精确控制方法. 通过等效连续化处理和线性化处理，建立具有严格反馈方式的ECP 制动系统控制模型；引入已知上界的不确定项，采用指数趋近律的滑模变结构，实现系统局部鲁棒性；基于反步法设计控制律，构造误差变量以及 Lyapunov 函数；引入一阶滤波器，解决控制律中存在的“微分项数爆炸”问题. 硬件在环试验结果表明：与传统控制器相比，基于反步法的制动缸压力控制器具有更高的控制精度，其稳态控制误差在±8 kPa 内，且调压过程无明显超调；在控制器中引入控制死区，可以大幅降低AV/RV 阀的动作次数，提高系统使用寿命.关键词：电控空气制动系统；等效连续化；反步控制器；精确控制；压力中图分类号： U 270.35 文献标志码： A 文章编号： 1008−973X （2021）03−0462−10Backstepping based precise control of brakecylinder pressure for trainLEI Chi, WU Meng-ling(Institute of Rail Transit , Tongji University , Shanghai 201804, China )Abstract: A precise control method of brake cylinder pressure based on backstepping was proposed for the heavy-haul train equipped with electronically controlled pneumatic (ECP) brake system. A control model of ECP brake system with strict feedback form was established through equivalent continuous processing and linearization. By introducing the uncertainties with known upper bound, and adopting the sliding mode variable structure with exponential approach law, the local robustness of the system was achieved. A control law based on backstepping was designed by constructing error variables and Lyapunov function. A first-order filter was introduced to solve the problem of counting the derivative repeatedly in the control law. The performance of the controller was analyzed through hardware-in-loop test. Test results showed that, comparing with the traditional controller, the controller of brake cylinder pressure based on backstepping had a higher control accuracy, and its steady state control error was within the range of ±8 kPa without obviously overshoot in the pressure regulation process. In addition, the introduction of dead zone in the controller can significantly reduce the operation times of the AV/RV valve and improve the service life of the system.Key words: electronically controlled pneumatic brake system; equivalent continuous processing; backstepping controller; precise control; pressure我国重载单元列车技术研究始于20世纪80年代，至今列车编组质量已经由5 000 t 级提高到20 000 t 以上[1]. 随着列车长度的增加、牵引质量的提升，传统的空气制动技术难以保证列车制动和缓解的同步性. 因此，电控空气（electronically con-trolled pneumatic, ECP ）制动系统的应用成为一种发展趋势. 在ECP 制动系统中，各车辆通过控制2个on/off 开关电磁阀（EP 阀）动作，实现制动缸充排气，以实现制动缸的压力调节作用. 由于on/off 电磁阀非开即关的非连续特性，传统的基于连续系统模型的控制方法不再适用. 此外，制动系统内压力空气的强非线性也增加了压力控制的难度.收稿日期：2020−02−26. 网址：/eng/article/2021/1008-973X/202103006.shtml 作者简介：雷驰（1991—），男，博士生，从事轨道车辆制动与安全技术研究. /0000-0002-9072-8198.E-mail ：*********************第 55 卷第 3 期 2021 年 3 月浙江大学学报(工学版)Journal of Zhejiang University (Engineering Science)Vol.55 No.3Mar. 2021Situm 等[2]为了实现气动伺服系统的精确位置控制，设计PID 控制器，并在考虑气源压力波动问题时引入模糊逻辑对控制器参数进行调节.针对气动系统数学模型中存在的建模误差大、模型参数不确定以及系统外部干扰等因素， Karpen-ko 等[3-6]采用定量反馈理论，设计固定增益的PI 控制器，还分别利用速度误差触发式积分重置和减小加速度超调控制策略，缓解了控制阀死区和气缸摩擦力对控制精度的不利影响. Pandian 等[7]通过用气缸两侧气腔的空气压力差作为其中一个状态量实现系统的降阶，并基于此降阶模型设计滑模控制器. 罗卓军[8]利用制动缸非线性设计的滑模控制器实现了制动缸压力的精准控制.本研究对制动系统模型进行等效连续化处理和线性化处理，运用反步法技术设计制动缸压力控制器，通过硬件在环试验，分析并验证控制器的控制效果.1 电控空气制动系统简化模型ECP 制动系统简化模型如图1所示. 简化模型不计管路泄露，且视副风缸为恒压源. 制动时，AV 阀打开，RV 阀关闭，副风缸向制动缸充气；缓解时，AV 阀关闭，RV 阀打开，制动缸内压缩空气排入大气. EP 阀与制动缸之间的管路连接简化为EP 阀输出腔和节流孔.不考虑腔体内气体的热传递过程，简化模型可表示为˙p1˙p 2式中：和分别为制动缸和EP 阀输出腔的气体压强变化率，V 1和V 2分别为制动缸和EP 阀输出腔的等效体积，Q 1和Q 2分别为流入制动缸和EP阀输出腔的气体质量流量，T 为腔体内气体温度，R 为空气的气体常数，κ为空气的比热比.1.1 制动缸简化模型1）充气（Q 1为正）：p 2≥p 1其中，2）排气（Q 1为负）：p 2<p 1其中，A 1为制动管路的有效横截面积；C q 1为气体流经制动管的气流系数.1.2 EP 阀输出腔模型1）制动时，流入EP 阀输出腔的质量流量Q 2记为Q 2.c ，则2）缓解时，流入EP 阀输出腔的质量流量Q 2记为Q 2.d ，则式中：p s 为副风缸气体压强，p a t m 为大气压强，C q 2.c 、C q 2.d 分别为气体流经AV 阀和RV 阀的气流系数，A 2.c 、A 2.d 分别为AV 阀和RV 阀的阀孔有效横截面积.用A 2表示任意阀孔有效横截面积，其计算公式为式中：d 为任意阀芯有效直径，x v (t )为阀芯位移.图 1 ECP 制动系统简化模型Fig.1 Simplified model of ECP brake system第 3 期雷驰, 等：基于反步法的列车制动缸压力精确控制[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(3): 462–471.463制动时，流经AV 阀的气体质量流量为正；缓解时，流经RV 阀的气体质量流量为负. 因此，Q 2可表示为2 具有严格反馈方式的制动缸压力控制模型2.1 等效连续化处理电磁阀的不连续特性导致Q 2具有不连续性特性，因此，在气动系统的压力控制以及位置控制中，一般用一个PWM 周期内的平均质量流量代替实际的不连续质量流量[9-10]，即¯x¯x 式中：d 2.c 和d 2.d 分别为AV 阀和RV 阀的阀芯有效直径， 2.c 和 2.d 分别为AV 阀和RV 阀在一个PWM 周期内的阀芯平均运动位移.¯x 2是与PWM 控制信号占空比τ有关的函数[11-12]：式中：τ1=t d o /T P W M ，τ2=t m o /T P W M ，τ3=t dc /T P W M ，τ4=t mc /T PWM ，τc =(1−τ−τ3)τ1/τ4，τ12=τ1+τ22/(τ2+τ3)，τ34=1−τ3+τ42/(τ1+τ4)，τon =τ1+τ2，τoff =τ3+τ4；T PWM 为PWM 信号周期，x m 为阀芯最大运动位移；t do 为电磁阀开启滞后延时，t mo 为电磁阀开启运动延时，t dc 为电磁阀关闭滞后延时，t mc 为电磁阀关闭运动延时.如图2所示为3种控制方法下的电磁阀阀芯平均位移特性. 由式（11）可知，采用固定频率、占空比可控的PWM 信号对电磁阀进行控制时存在控制死区、饱和区和非线性区. 为了有效补偿因质量流量死区造成的控制滞后和因质量流量饱和区造成的控制超前，高钦和等[13]提出将死区和饱和区线性转换补偿的方法，即将PWM 控制信号的占空比从[0,1.0]映射到[τ1，1−τ3]中，转换公式为τ′式中：为转换后的PWM 控制信号占空比.该控制方法虽然能有效补偿电磁阀的死区和饱和区，但是改变了通过流量变化率. 因此，本研究采用基于死区和饱和区分段补偿的PWM 控制：1）将包含死区和非线性区段的[0，τ1+τ2）转变为[τ1，τ1+τ2），转换公式为2）将包含饱和区和非线性区段的（1−τ3−τ4,1]线性转换为（1−τ3−τ4,1−τ3]，其转换公式为基于分段补偿的PWM 控制信号的占空比可将[0,1]映射到[τ,1−τ]：采用分段补偿的PWM 控制信号既可以有效补偿电磁阀的死区和饱和区，同时不改变阀芯平均通过流量变化率.综上所述，ECP 制动系统的不连续系统模型可等效转化为连续系统模型，且EP 阀输出腔的气体质量流量的精确控制可通过控制PWM 周期的占空比参数实现.1.41.21.00.80.60.40.20020406080100τ/%PWM 控制传统 PWM 补偿控制基于死区和饱和区的分段补偿 PWM 控制图 2 3种控制方法下的电磁阀平均位移特性Fig.2 Average displacement characteristics of solenoid valve spoolunder three control methods464浙江大学学报（工学版）第 55 卷2.2 线性化处理反步控制方法能较好地处理非线性系统控制问题，且设计结构简单、具有严格的理论推导依据，但是该方法要求被控系统必须满足严格反馈方式. 因此，在运用反步控制法之前，需要对制动缸压力控制模型进行转换处理.具有严格反馈方式的系统，采用如下模型进行描述：式中：x =（x 1, x 2,···, x n ）T 为系统状态变量，µ为系统的控制输入. 为了将制动系统的数学模型转换为具有严格反馈方式的系统结构，须将制动缸气体质量流量转换为Q 1=f (p 1)+l (p 1)p 2形式. 由于式（2）中的g in (p 1/p 2)与式（4）中g out (p 1/p 2)为非线性函数，须进行线性化处理.当p 2≥p 1时，对于函数g in (p 1/p 2)进行五段式分段函数处理：经过分段处理的制动缸气体质量流量可表示为式中：W 1=C q 1+A 1. ECP 制动系统的数学模型转换为具有严格反馈方式的结构：当p 2<p 1时，可采用同样的方法，对非线性函数g out (p 1/p 2)进行分段函数处理，以得到对应的具有严格反馈方式的结构模型.3 反步控制器设计基于反步法理论进行制动缸压力控制器设计，流程图如图3所示. 具体步骤如下：1）通过比较EP 阀输出腔压强p 2和制动缸实际压强p 1的大小，确定气体质量流量转换系数α和β；2）计算实际制动缸压强p 1与目标值p 1d 之差，确定EP 阀输出腔压力的理论参考值p 2d ；3）计算实际EP 阀输出腔压力p 2与理论参考值p 2d 之差，确定流经图 3 制动缸压力控制器设计流程图Fig.3 Flow chart of brake cylinder pressure controller design第 3 期雷驰, 等：基于反步法的列车制动缸压力精确控制[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(3): 462–471.465EP 阀的气体质量流量Q 2. 当Q 2>0时，AV 阀开启，副风缸向制动缸充气；当Q 2<0时，RV 阀开启，制动缸向大气排气. 结合阀芯结构参数以及反步法计算得到的理论气体质量流量Q 2计算阀芯平均运动位移，根据基于死区和饱和区分段补偿的PWM 控制策略中平均位移与占空比的映射关系，推导出AV/RV 阀的PWM 周期的占空比.在搭建满足反步法控制的ECP 制动系统的数学模型时，式(1)忽略了缸内气体热传递过程；对气体质量流量式（2）、（4）进行线性化处理时引入了模型误差；此外，系统还存在气体泄漏等误差因素. 因此，在设计制动缸压力控制器之前，应在式（19）的基础上引入已知上界的不确定项，以消除建模误差.基于反步法控制器的ECP 制动系统式中：Δp 1与Δp 2为不确定项，且|Δp 1|≤B 1，|Δp 2|≤B 2，B 1与B 2分别为不确定项Δp 1与Δp 2的上界.定义误差变量3.1 EP阀输出腔理论压力虚拟控制律设计对s 求导，求出EP 阀输出腔理论压力p ：式中：B 1、σ1均为正常数，且σ1为s 1的自适应参ˆσ˜σ1ˆσ1˙˜σ1s 21式中：1为σ1的估计值，估计误差为=σ1−，σ1的自适应律为=ρ1，ρ1为自适应调节速率的正常数.式中：令s 2=p 2−p 2d ，则p 2=s 2+ p 2d ，带入式（28）可得因为|Δp 1|≤B 1，所以˙Y此时若s 2→0，则1≤0，则s 1可逐渐收敛至0.3.2 EP 阀输出腔的气体质量流量控制律设计对s 2求导，求出流入EP 阀输出腔的气体质量流量Q 2:取滑模趋近律为指数趋近：式中：B 2、σ2均为正常数，且σ2为s 2的自适应参数. 设计流入EP 阀输出腔的气体质量流量Q 2的控制律：ˆσ2˜σ2ˆσ2˙˜σ2s 22式中：为σ2的估计值，估计误差为=σ2−，σ2的自适应律为=ρ2，ρ2为自适应调节速率的正常数.构造Lyapunov 函数为对式（34）进行求导，并将式（33）带入因为|ΔP 2|≤B 2，所以˙Y˙Y 由于2≤0，s 2可逐渐收敛至0，使1≤0，s 1可逐渐收敛至0，即全部状态变量误差均可收敛至0，实现了整个系统的渐进稳定.466浙江大学学报（工学版）第 55 卷3.3 AV/RV 阀的PWM 周期的占空比计算求出AV/RV 电磁阀的PWM 信号占空比τd .c ，τd .d .当Q 2≥0时，AV 电磁阀开启，RV 电磁阀关闭，此时制动系统处于充气状态，当Q 2<0时，RV 电磁阀开启，AV 电磁阀关闭，此时制动系统处于排气状态，x2由式（11）计算得到阀芯平均运动位移对应的τ：再由式（15）计算出基于分段补偿的PWM 控制信号的τd ：3.4 “微分项数爆炸”问题分析˙p 1d ˙p由式（26）、（33）可知，虚拟控制量p 2d 的控制律中包含制动缸目标函数的导数项，Q 2控制律包含虚拟控制变量的导数项2d . 因此存在着对制动缸压力控制目标函数的两次求导，增加了控制器的计算量，易造成“计算爆炸”问题.在反步法设计中引入一阶滤波器估计虚拟控制输入的导数，避免“计算爆炸”问题，同时对可能包含传感器噪声的输入信号进行滤波，改善了ˆp ˆp 式中：ε为任意小的正常数. 若p 2d 能渐进跟踪2d ，则s 1同样能够收敛到ε的某个邻域内，即s 2→0. 此时让2d 通过一阶滤波器来代替p 2d ，即式中：λ为滤波常数，是极小的正常数. 虚拟控制相应地，流经EP 阀的气体质量流量可表示为ˆp1d 令目标制动缸压力为，经过一阶滤波器后得到p 1d ，则p 1d 为输入制动缸压力控制器的制动缸目标压力，此时，4 硬件在环试验与分析搭建硬件在环试验台，如图4所示. 该试验台主要由工控机、ECP 制动系统硬件、信号转换电路、DC24 V 电源、接线板等组成. 工控机基于NI-PXI 系统，搭载有反步控制算法，用以实时控制ECP 制动系统的制动缸压力；ECP 制动系统硬件包括1 MPa 风源、100 L 副风缸、30 L 制动缸、1.5 L 小风缸（模拟EP 输出腔）、2个on/off 开关电磁阀、压力传感器、管路等；信号转换电路用于处理工控机与传感器之间信号采集的匹配问题；电源给各个电器元件供电.工控机接线板转换电路板24 V 电源EPC 制动系统硬件部分图 4 ECP 制动系统硬件在环（HIL ）试验台示意图Fig.4 Schematic diagram of ECP brake system (HIL) test bench4.1 参数设置如表1所示为AV 电磁阀和RV 电磁阀选用参数，PWM 频率为10 Hz.结合式（11）可得AV 阀与RV 阀的阀芯动作位移与占空比的关系：表 1 AV/RV 电磁阀特性参数Tab.1 AV/RV solenoid valve characteristic parameters类别t do /ms t mo /ms t dc /ms t mc /ms d /ms x m /ms C q 2AV 阀871260.30.68RV 阀5624100.250.6第 3 期雷驰, 等：基于反步法的列车制动缸压力精确控制[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(3): 462–471.467¯x¯x ¯x ¯x 式中： 2.c / 2.d ，m.c /m.d 以及τd.c 、τd.d 分别为AV/RV 电磁阀阀芯的平均位移、阀芯最大位移量以及制动缸压力控制器计算得到的PWM 占空比. 结合式（15）可得式中：τd_c 、τd_d 分别为AV/RV 电磁阀实际接收到的PWM 信号占空比. 因此，制动缸压力控制器的实际输出为τd_c 、τd_d .基于反步法的制动缸压力控制器其他参数如表2所示.4.2 试验结果与分析分别在阶跃和正弦输入信号下，对比分析基于反步法的制动缸压力控制器与传统制动缸压力控制器的稳态控制误差、充排气时间、超调等参数，评价控制器的稳态和瞬态控制性能.4.2.1 阶跃制动与缓解作用分析　设置目标制动˙σ˙s 缸压力为阶段上升/下降，试验结果如图5所示.虽然2种控制器在响应时间上差异不大，但是在稳态控制误差方面有着较大的差异. 传统制动缸压力控制器的稳态控制误差在−15~20 kPa ，而基于反步法的制动缸压力控制器可使得制动缸压力误差保持在±5 kPa 以内. 此外，由图5（a ）可知：充气时，制动缸压力目标值均比实际值大；排气时，目标值则比实际值小. 这是因为在制动缸实际压力逐渐接近目标值时，误差变量s 逐渐变小，使得自适应参数变化率以及误差变量的变化率逐渐减小. 因此在逐渐接近目标值阶段，控制器输出占空比较小的PWM 信号，用以连续调整制动缸的实际压力，这样就可以有效避免过充/超排现象发生.为进一步说明控制器输出的控制信号占空比，表 2 基于反步法的制动缸压力控制器参数Tab.2 AV/RV solenoid valve characteristic parameters参数符号数值不确定项上界B 1，B 20.5误差变量自适应参数初值σ10，σ201×10−8，1×10−9自适应变化率ρ1，ρ21×10−11边界层厚度ε0.02一阶滤波器λ0.005图 5 制动系统阶跃响应Fig.5 Step response of brake system468浙江大学学报（工学版）第 55 卷绘制阶跃响应下占空比信号如图6所示. 由图5（a）和图6可知，当目标制动缸压力逐步增大时，AV 电磁阀接收到的占空比为99%的控制信号的持续时间变长. 这是由于目标制动缸压力的上升使得制动缸与副风缸压差变小，流经AV电磁阀的气体质量流量减小，为达到目标值，AV电磁阀开启时间更长. 同样地，当目标制动缸压力逐步减小时，RV电磁阀接收到的占空比为98%的控制信号的持续时间也在增加. 在充气过程中，随着实际值无限逼近目标值，由于未设置控制死区，此时AV电磁阀仍然不断工作，并且占空比基本维持在15%左右；而RV电磁阀在真实值接近于目标值后占空比稳定在10%附近.4.2.2 正弦输入信号分析　以不同频率f的正弦输入信号作为目标压力，考察2种制动缸压力控制器的响应特性. 当目标压力的频率为0.02 Hz时，如图7所示，2种控制方法均能够较好地跟踪目标压力.对基于反步法的制动缸压力控制器而言，当输入信号频率为0.02 Hz时，系统控制误差在±8 kPa以内，其输出控制信号如图9（a）所示，在控制过程中AV电磁阀的占空比主要在15%~35%变化，而RV电磁阀占空比在10%~18%波动. AV/RV 电磁阀的占空比范围除了受AV/RV电磁阀本身的延时特性参数约束外，还受电磁阀的结构参数影响. 由于RV电磁阀的孔径比AV电磁阀的大，RV 电磁阀的占空比波动范围比AV电磁阀的小.对于传统制动缸压力控制器而言，当输入信号频率为0.02 Hz时，其控制误差为−10~20 kPa. 其中，在前1/4周期内制动缸实际压力比目标值小，这是由于在前1/4周期时，随着制动缸压力的逐步上升，制动缸与外界大气压的压差逐渐变大，制动缸与副风缸的压差则逐渐变小，由于RV电磁阀孔径较大，使得气体的排气速率更快，导致制动缸实际压力比目标压力小.当输入频率为0.05 Hz时，如图8所示，2种控制器在0~1/4周期和1/2~3/4周期内，制动缸实际压力均跟不上目标压力的变化. 在此期间，控制器的控制误差是由系统本身的响应速率主导的，因此两者的控制误差基本相同. 由图9（b）可知，在0~1/4周期和1/2~3/4周期内，AV电磁阀或RV 电磁阀的占空比已达到最大值. 在1/4~1/2周期和3/4~1周期内，系统本身的响应速率能够满足控制要求，此时的控制误差主要由控制策略引起，AV 电磁阀的占空比主要在15%~99%波动，RV电磁阀的占空比在10%~98%变化.综上所述，在稳态控制误差方面，基于反步法的制动缸压力控制器，具有绝对的优势；在响应速度方面，2个控制器基本相同.4.3 控制死区分析为了减少制动系统AV/RV电磁阀的动作次数以延长其使用寿命，引入控制死区，即当制动缸压力与目标压力的差值在±5 kPa内时，控制系统认为制动缸压力已达到目标值，制动缸进入保压状态. 在基于反步法的制动缸压力控制器中引入控制死区后，制动缸压力响应如图10所示，AV/RV 电磁阀的PWM信号占空比如图11所示.图 6 阶跃响应下反步控制器输出的占空比信号Fig.6 Duty cycle output signal of backstepping controller in step re-sponse图 7 制动系统频率响应（f=0.02 Hz）Fig.7 Frequency response of brake system（f=0.02 Hz）第 3 期雷驰, 等：基于反步法的列车制动缸压力精确控制[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(3): 462–471.469与阶跃输入信号的制动系统响应特性相比，引入控制死区后AV/RV 电磁阀的动作次数明显减少. 同时，由图11可知，在制动保压阶段AV 电磁阀多次开启，且开启的时间间隔越来越长，这是由于充气使得制动缸内的气体温度升高，并高于缸壁温度，在保压过程中缸壁与缸体内的气体之间存在热传递过程，使缸内气体温度下降，导致制动缸压力下降；当压力下降到控制死区以外时，AV 阀动作，使得气压重新回到控制死区内；随着时间推移，在多次传热过程中缸内气体温度逐渐接近缸壁温度，温差的减小使得制动缸压力上升速度逐步减慢，因此AV 阀的动作间隔越来越长. 在缓解保压阶段RV 电磁阀也具有上述特性. 该特征为流动压缩空气的固有特性，由充/排气、压力波动、热传导与温度场局部变化引起.此外，在制动保压阶段AV 电磁阀的PWM 控制信号占空比均为25%，而RV 电磁阀的占空比均为10%，这是由于只有在|s 1|>5 kPa 的瞬间电磁阀才能动作，根据反步法控制策略计算得到开启瞬间的占空比是固定值.5 结　论（1）应用基于反步法的制动缸压力控制器控制制动缸压力，当目标制动缸压力为阶跃输入信图 8 制动系统频率响应（f =0.05 Hz ）Fig.8 Frequency response of brake system （f =0.05 Hz ）图 9 频率响应下反步控制器输出的占空比信号Fig.9 Duty cycle output signal of backstepping controller in fre-quency response图 10 带控制死区的制动缸压力响应特性Fig.10 Brake cylinder pressure response characteristics with dead-time control图 11 带有控制死区的PWM 信号占空比Fig.11 Duty cycle of PWM signal with dead-time control470浙江大学学报（工学版）第 55 卷号时，最大稳态控制误差不超过5 kPa ，当目标制动缸压力为0.02 Hz 正弦输入信号时，最大稳态控制误差不超过8 kPa. 与传统制动缸压力控制器相比，基于反步法的制动缸压力控制器能有效提高制动缸压力控制精度，且调压过程无明显超调.（2）当目标制动缸压力为0.05 Hz 正弦输入信号时，制动缸压力控制精度受系统硬件响应速度限制，控制算法的改进基本无法提升控制精度.（3）在制动缸压力控制器中引入控制死区，可以大幅降低AV/RV 阀的动作次数，提高系统硬件使用寿命.（4）本研究基于搭建的硬件在环试验环境初步验证了基于反步法的制动缸压力控制器的可行性，在后续的研究中应通过实车试验进一步验证控制器的有效性.参考文献(References):马大炜, 王成国, 张波. 我国重载列车制动技术的研究[J]. 铁道车辆, 2009, 47(5): 8–11.MA Da-wei, WANG Cheng-guo, ZHANG Bo. 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QFT design of a PI controller withdynamic pressure feedback for positioning a pneumatic actuator [C]// 2004 American Control Conference . Boston: [s. n.], 2004:5084–5089.[6]PANDIAN S R, HAYAKAWA Y, KANAZAWA Y, et al.Practical design of a sliding mode controller for pneumatic actuators [J]. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control , 1997, 119(4): 666–674.[7]罗卓军. 基于数理模型的列车直通式电空制动系统闭环鲁棒控制[D]. 上海: 同济大学, 2016: 46–60.LUO Zhuo-jun. Robust control study on a direct-acting electro-pneumatic train brake system based on mathe matical models [D].Shanghai: Tongji University, 2016: 46–60.[8]HEJRATI B, NAJAFI F. Accurate pressure control of apneumatic actuator with a novel pulse width modulation-sliding mode controller using a fast switching on/off valve [J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part I: Journal of Systems and Control Engineering , 2013, 227(2):230–242.[9]LAI J Y, MENQ C H, SIGNH R. Accurate position control of apneumatic actuator [J]. 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可快速读取数据的微机制动控制单元[实用新型专利]

专利名称：可快速读取数据的微机制动控制单元专利类型：实用新型专利
发明人：吴海岭,左建勇,沈国金,吴萌岭
申请号：CN201020124551.6
申请日：20100305
公开号：CN201646694U
公开日：
20101124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种可快速读取数据的微机制动控制单元，I/O控制板、EP控制板、FH控制板通过104总线电性连接CPU主板，CPU主板上设有PC104模块，MVB网卡电性连接PC104模块，电源也通过PC104总线电性连接CPU主板，其中，CPU主板还引出USB接口。

本实用新型提供的微机制动控制单元在故障数据读取时利用USB接口与外界进行数据传输，克服了现有技术中无法在机车运行过程中快速实时检测制动装置运行状况的缺陷，且提高了数据传输的速率和传输稳定度。

申请人：上海庞丰机电科技有限公司
地址：200331 上海市杨浦区赤峰路65号903-63室(同济科技园)
国籍：CN
代理机构：上海翼胜专利商标事务所(普通合伙)
代理人：翟羽
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一种列车安全制动曲线模型的列车限速确定方法[发明专利]

专利名称：一种列车安全制动曲线模型的列车限速确定方法专利类型：发明专利
发明人：李瑞祥,杨成建,高康,郑留江,于雪松,李瑛
申请号：CN202210282015.6
申请日：20220321
公开号：CN114559985A
公开日：
20220531
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种列车安全制动曲线模型的列车限速确定方法，属于列车控制领域。

本发明在使用列车安全制动曲线模型计算列车不可突破速度时，在t1阶段计算时，引入变化率k，采用二阶的方式计算t1阶段结尾时速度和t1阶段运动距离。

本发明用于城市轨道交通，在车辆移动授权计算列车不可突破速度时，在保证安全的前提条件下提高车辆运行速度，提高城市轨道交通运行效率，从而节约运营成本，提高运力。

申请人：天津津航计算技术研究所
地址：300308 天津市东丽区空港经济区保税路357号
国籍：CN
代理机构：中国兵器工业集团公司专利中心
代理人：刘瑞东
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我国高速电动车组制动系统方案研究

我国高速电动车组制动系统方案研究
吴萌岭;姜靖国
【期刊名称】《铁道车辆》
【年(卷),期】1999(037)004
【摘要】根据电动车组吸我国制动技术发展的现状，提出了电动车组制动系统的方案组基本参数的选择。

【总页数】4页(P12-15)
【作者】吴萌岭;姜靖国
【作者单位】上海铁道大学机械工程系;上海铁道大学机械工程系
【正文语种】中文
【中图分类】U266.203.5
【相关文献】
1.高速电动车组制动系统方案设计 [J], 周新建;胡万华;李继山
2.高速电动车组空调空气净化方案研究 [J], 李新峰
3.高速电动车组空调空气净化方案研究 [J], 张伟杰
4.浅析我国高速动车组制动系统现状与发展态势研究 [J], 孟德浩
5.高速电动车组空调空气净化方案研究 [J], 张伟杰
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一种适用于电机械制动装置的电机设计

一种适用于电机械制动装置的电机设计钱振;吴萌岭;陈茂林【摘要】对一种新型的轨道交通制动装置,设计一种适用于这种装置的驱动电机。

本文所设计的电机一般应用于自动控制设备中。

但此电机与一般的无刷直流电机不同,正常工作在堵转状态。

本文介绍了无刷直流力矩电机的组成及其工作原理,对转子磁路和绕组形式、永磁材料的选用进行深入分析,并采用等效磁路的设计分析方法,运用RMxprt设计计算电机械用无刷直流力矩电机。

最终确定最优的设计方案,设计的电机满足装置要求,有良好的电磁性能。

【期刊名称】《动力系统与控制》【年(卷),期】2019(008)002【总页数】12页(P94-105)【关键词】电机械制动装置;无刷直流力矩电机;等效磁路法;RMxprt【作者】钱振;吴萌岭;陈茂林【作者单位】[1]同济大学,铁道与城市轨道交通研究院,上海;[1]同济大学,铁道与城市轨道交通研究院,上海;[2]同济大学,机械与能源工程学院,上海;【正文语种】中文【中图分类】TM31.引言电机械制动系统(简称EMB)，最早运用在飞机上，之后用在汽车制动系统上，现在开始运用在轨道交通上，并且被认为将取代传统的液压或者空气制动系统。

相对于传统制动系统，电机械制动系统有如下优势：系统响应快、结构紧凑、系统轻量化、清洁环保、便于实现智能诊断和故障检测[1]。

作为EMB的核心部分，电机械制动装置是一种机电一体化的伺服系统。

而电机械制动装置中的驱动电机是关键部件，驱动电机的性能对整个系统影响很大。

电机械制动驱动电机作为从电能到机械能转化的机构，它的设计首先以满足制动功能方面为前提，同时综合考虑重量、尺寸限制、复杂性、可靠性、成本等诸多因素，并实现设计最优化是电机械制动系统研发的最终目标。

电机械制动驱动单元的总体方案设计应满足以下两个基本要求：1)以能够稳定输出目标制动力为前提。

2)缩短制动响应时间，减少空走时间。

2.基本组成以及工作原理2.1.基本组成本文介绍的是一种方波驱动的三相无刷直流力矩电机，其基本组成如图1所示。

地铁列车常用气制动故障特征提取

地铁列车常用气制动故障特征提取
田春;程梦婷;潘丽莎;吴萌岭
【期刊名称】《同济大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(042)001
【摘要】为了对地铁列车常用气制动的隐患进行挖掘,选择中继阀前端气缸容积(CV)实际压力与目标压力的跟随性能作为故障特征;利用地铁列车按模式运行的特点,根据CV目标压力变化情况,将常用气制动过程划分为减速阶段、停车保持阶段和缓解阶段等三个典型阶段.根据各阶段特点,提出了三种故障特征提取方法:相关系数法、平均绝对误差法和直接提取法,得到了6个故障特征.最后,在制动系统可靠性试验台上试验模拟了三类典型隐患故障,采用对故障隐患的响应准则,对比各故障特征量在隐患工况和正常工况时的幅值,探讨了各故障特征对不同隐患工况的识别能力,初步验证了隐患特征对不同隐患进行挖掘的有效性,为利用在途数据进行隐患挖掘提供了一个可行途径.
【总页数】7页(P84-90)
【作者】田春;程梦婷;潘丽莎;吴萌岭
【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804;广州市地下铁道总公司,广东广州510320;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804
【正文语种】中文
【中图分类】O121.8
【相关文献】
1.深圳地铁列车倒溜紧急制动故障原因分析 [J], 刘景惠;蒋承健
2.基于地铁列车制动故障产生原因及解决措施分析 [J], 孙彤
3.地铁列车制动故障影响因素及处理控制策略分析 [J], 彭抗抗
4.地铁列车制动故障的研究与故障处理分析 [J], 隋佳明
5.深圳蛇口线地铁列车倒溜紧急制动故障的原因分析及改进措施 [J], 王文辉;傅思良
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低地板有轨电车国产制动系统及运用

低地板有轨电车国产制动系统及运用吴萌岭【摘要】The paper describes the characteristics and technical development of low-floor tram car braking system, and specifies the configuration, working principle and the application of the braking system made in China.%介绍低地板有轨电车制动系统的特点及技术发展情况，具体说明了国产制动系统的组成、工作原理及其运用情况。

【期刊名称】《现代城市轨道交通》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P38-41)【关键词】低地板有轨电车;制动系统;电液制动【作者】吴萌岭【作者单位】同济大学，上海 201802【正文语种】中文【中图分类】U482.1;U260.35有轨电车是一种中等运能、设计新颖、环境友好、资源节约的城市轨道交通系统，随着轨道车辆及其设备的开发、研究和制造技术的极大提高和发展，以70%和100%低地板为代表的有轨电车越来越多地加入到城市轨道交通系统，有轨电车在城市中的运用更加方便、经济。

低地板有轨电车采用模块化设计，其低地板形式使得一些独特的异于其他形式的轨道交通车辆的新技术在低地板有轨电车系统上得到了应用。

以制动系统为例，作为低地板有轨电车最为关键的系统组成部分之一，基于低地板有轨电车系统运行线路、运行模式和车辆的特殊性，对其制动系统的性能提出了更高的要求。

1.1 减速度大低地板有轨电车的运行环境与地铁有所不同，地铁运行在一个相对密闭的区间，而低地板有轨电车可能运行在商业区，非独立路权，其运行区间与行人和车辆有交叉，发生紧急情况时，优先考虑的是将车辆停下来及避免行人受到危害，因此，对于低地板有轨电车的减速度要求很高，2012年住房和城乡建设部发布的《低地板有轨电车车辆通用技术条件》，标准里规定了在超员载荷（AW3，6人/m2）条件下，速度从70km/h到0km/h，紧急制动平均减速度不低于2.0m/s2。

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第３７卷第８期２０１５年８月
铁道学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＲＡＩＬＷＡＹＳＯＣＩＥＴＹ
ｏ．８Ｖｏｌ．３７ＮＡｕｕｓｔ０１５２ｇ
（）文章编号：１００１８３６０２０１５０８０００８０９－－－
２２／／ ±０．３ｍｓｔｏ ±０．１ｍｓｃｏｍａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ．Ｔｈｅｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐ
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（，，）ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＴｏｎｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔＳｈａｎｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａｇｊｙｇ
基于自适应参数估计的列车制动减速度控制
吴萌岭，罗卓军
（）同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海２０００９２摘要：针对列车制动实际减速度有重要影响的不确定参数，提出基于自适应参数估计的新型减速度控制模式。通过硬件在环半实物仿真试验平台进行试验验证。试验结果表明新型减速度控制算法有效提高了制动控制系统减速度控制器可以估计出闸对列车运行不确定参数的鲁棒性。当实际闸瓦摩擦系数偏离制动控制系统预设值时，瓦摩擦系数的实际值，提高了实际减速度对目标减速度的跟踪效果；当列车在坡度为 ±３减速０ ‰ 的坡道上运行时，
；修回日期：收稿日期：２０１５０１０１２０１５０５３１－－－－，作者简介：吴萌岭（男，云南大理人，教授，博士。１９５９—）：＿Ｅ－ｍａｉｌｗｕｍｌｓｈ＠１６３．ｃｏｍ

能的最重要指标之一，对列车的实际减速度实现较为精确的控制具有非常重要的意义。过大的制动实际减速度有可能引起列车轮对在高制动级位工况中的滑行和抱死，导致车轮踏面偏磨进而影响列车的乘坐舒适性；
［，］只有日本的Ｎａｎｋｏ等１２曾针对列车实际减速度的ｙ
）图如图１（所示，制动控制系统根据司机控制器或ａＡＴＯ发出的制动指令对应的制动目标减速度ａｒｅｆ计算目标制动力。＾ｄ（Ｆａ１）ｒｅｒｅｒａｆ＝Ｍｆ－Ｆｇ式中：ＦＭ为列车制动质量ｒｅｆ为列车的目标制动力；＾（；与车辆载重有关）Ｆｄｒａｇ为制动过程中列车所受的运行阻力（包括基本运行阻力以及坡道阻力、弯道阻力等附加阻力）的设定值。制动控制系统根据反馈回来的为方便实际电制动力计算气制动的目标制动缸压力（说明同时又不失一般性，此处假设所有制动缸的目标。制动缸压力相等）１Ｆｒｅｅｌｅｆ－Ｆ（２）＋Ｆｓｒｉｎｐｇ＾ｎＡｆ ξ 式中：Ｆｐｒｅｅｌｅ为列车的实际电制动ｆ为目标制动缸压力；＾力；ｎ为施加气制动的制动缸数量；ｆ为 ξ 为制动倍率；闸瓦摩擦系数设定值；Ｆｓｒｉｎｐｇ为制动缸推出闸瓦所需克
２２／／；减速度控制误差由传统非减速度控制模式的 ±０减小到了 ±０在不使用度控制器能估计出坡度值，．３ｍｓ．１ｍｓ
空簧压力信息计算车辆制动质量的情况下，减速度控制器能估计出列车的实际制动质量，获得了类似于传统非减速度控制模式的控制效果，为简化制动系统硬件的气路设计提供了可能。关键词：列车制动；制动减速度；参数估计；自适应控制；鲁棒性：／中图分类号：．ｉｓｓｎ．１００１Ｕ２７０．１文献标志码：Ａｄｏｉ１０．３９６９８３６０．２０１５．０８．００２－ｊ
ＳｔｕｄｏｎＴｒａｉｎＢｒａｋｉｎＤｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎＦｅｅｄｂａｃｋＣｏｎｔｒｏｌＢａｓｅｄｏｎｙｇＡｄａｔｉｖｅＰａｒａｍｅｔｅｒＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｐ
第８期
吴萌岭等：基于自适应参数估计的列车制动减速度控制
９
偏小的列车实际减速度则意味着列车实际制动力不足，导致列车制动距离延长而影响列车制动安全性。然而，由于列车在实际运行过程中会受到不确定的时变运行参数的影响，列车的实际减速度很容易偏离目标减速坡道坡度。这些不确定运行参数包括闸瓦摩擦系数、列车基本运行阻力等。例如，若列车的实际闸瓦摩度、擦系数大于制动系统的设定值，实际制动力将大于制动系统所要施加的制动力，从而导致列车实际减速度过反之，若闸瓦摩擦系数实际值小于制动系统设定值，大；则会导致列车实际减速度小于目标减速度。列车实际减速度的控制问题可描述为列车实际减速度对目标减速度的跟踪问题。在轨道交通领域目前
ｔｈｅｂｒａｋｉｎｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｗｉｔｈｏｕｔｕｓｉｎｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｒｏｍｍａｎａｅｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｓｓｕｒｅｇｇｇｐｐｔｈｅａｉｒｓｒｉｎｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｂｒａｋｅｗｅｉｈｔｏｆａｔｒａｉｎ，ｗｈｉｃｈｆａｃｉｌｉｔａｔｅｄｔｈｅｒｅｄｅｓｉｎｏｆｔｈｅｎｅｕｍａｔｉｃｈａｒｄｗａｒｅｐｇｇｇｐｏｆｔｈｅｂｒａｋｅｓｓｔｅｍ．ｙ：；；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｂｒａｋｉｎｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｄａｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｒａｍｅｔｅｒｇｇｐｐｙ尤其是客运列车）制动性制动减速度是评价列车（
：，ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎａｎａｄａｔｉｖｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｏｖｅｌｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｄｅｖｅｌａｒａｍｅｔｅｒ－ｐｐ，ｗｏｅｄｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎａｒａｍｅｔｅｒｓｄｕｒｉｎｔｈｅｂｒａｋｉｎｒｏｃｅｓｓｏｆａｔｒａｉｎｈｉｃｈｈａｖｅｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕ－ｐｐｇｇｐｇｅｎｃｅｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｂｒａｋｉｎｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎｏｖｅｌｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｖｉａａｈａｒｄｗａｒｅ－ｇｉｎｔｈｅｌｏｏｓｅｍｉｈｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｂｅｎｃｈ．Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｕｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｎｏｖｅｌｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｆｅｅｄｂａｃｋ－－－ｐｐｙｇｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓａｂｌｅｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｉｍｒｏｖｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｂｒａｋｅｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍｔｏｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎａｒａｍｅ－ｙｐｙｐｔｅｒｓｏｆｔｈｅｔｒａｉｎｏｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓａｂｌｅｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｔｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆａｂｒａｋｅｓｈｏｅｗｈｅｎｔｈｅａｃｔｕａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｂｒａｋｅｓｈｏｅｄｅｖｉａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｖａｌｕｅｉｎｔｈｅｂｒａｋｅｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｂｉｍｒｏｖｉｎｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｏｆｔｈｅａｃｔｕａｌｂｒａｋｉｎｄｅｃｅｌｅｒａｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｙｙｐｇｇｇｐｔｉｏｎｔｏｔａｒｅｔｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎａｔｒａｉｎｗａｓｒｕｎｎｉｎｏｎａｔｒａｃｋｗｉｔｈｓｌｏｅｂｅｔｗｅｅｎ ±３０‰ ，ｔｈｅｄｅｃｅｌｒａｄｉｅｎｔ－ｇｇｐｇｒａｄｉｅｎｔｅｒａｔｉｏｎｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｅｖａｌｕｅｃｏｒｒｅｃｔｌ．Ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｅｒｒｏｒｒｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍｇｙｇ