基于自适应参数估计的列车制动减速度控制_吴萌岭

第３ ７卷 第８期 ２ ０ １ ５年８月
铁 道 学 报 Ｊ ＯＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ ＴＨＥ ＣＨ Ｉ ＮＡ Ｒ Ａ Ｉ ＬＷＡＹ Ｓ Ｏ Ｃ Ｉ Ｅ Ｔ Ｙ
ｏ ． ８ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ７ Ｎ Ａ ｕ ｕ ｓ ｔ ０ １ ５ ２ ｇ
（ ） 文章编号 ： １ ０ ０ １ ８ ３ ６ ０ ２ ０ １ ５ ０ ８ ０ ０ ０ ８ ０ ９ － － －
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［， ］ 只有日本的 Ｎ ａ ｎ ｋ ｏ等 １ ２ 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 ａ ＡＴ Ｏ 发出的制动 指 令 对 应 的 制 动 目 标 减 速 度 ａ ｒ ｅ ｆ 计 算目标制动力 。 ＾ｄ （ Ｆ ａ １） ｒ ｅ ｒ ｅ ｒ ａ ｆ ＝ Ｍ ｆ －Ｆ ｇ 式中 ： Ｆ Ｍ 为列车制动质量 ｒ ｅ ｆ 为 列 车 的 目 标 制 动 力； ＾ （ ； 与车辆载重有关 ） Ｆｄ ｒ ａ ｇ 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 ） １ Ｆ ｒ ｅ ｅ ｌ ｅ ｆ －Ｆ （ ２） ＋Ｆ ｓ ｒ ｉ ｎ ｐ ｇ ＾ ｎ Ａ ｆ ξ 式中 ： Ｆ ｐ ｒ ｅ ｅ ｌ ｅ 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 ； Ｆ ｓ ｒ ｉ ｎ ｐ ｇ 为制动缸推出闸瓦所需克
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｎ Ｔ ｒ ａ ｉ ｎ Ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ Ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｙ ｇ Ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ Ｅ ｓ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ
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
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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
ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｕ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｒ ｏ ｍ ｍ ａ ｎ ａ ｅ ｄ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｇ ｇ ｇ ｐ ｐ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ ｓ ｒ ｉ ｎ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｗ ｅ ｉ ｈ ｔ ｏ ｆ ａ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｆ ａ ｃ ｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｕ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ ｐ ｇ ｇ ｇ ｐ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ． ｙ ： ； ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｒ ｏ ｂ ｕ ｓ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｇ ｇ ｐ ｐ ｙ 尤其是客运列车 ） 制动性 制动减速度是评价列车 （
： ， Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ － ｐ ｐ ，ｗ ｏ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ａ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ａ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｖ ｅ ｓ ｉ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ － ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ ｇ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｖ ｉ ａ ａ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ － ｇ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｏ ｓ ｅ ｍ ｉ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ．Ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ － － －ｐ ｐ ｙ ｇ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｂ ｕ ｓ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ － ｙ ｐ ｙ ｐ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｓ ｈ ｏ ｅ ｗ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｓ ｈ ｏ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｐ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｂ ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ － ｙ ｙ ｐ ｇ ｇ ｇ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ａ ｒ ｅ ｔ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．ＷｈLeabharlann Baiduｅ ｎ ａ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｗ ａ ｓ ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｏ ｎ ａ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｗ ｉ ｔ ｈ ｓ ｌ ｏ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ±３ ０‰ ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｒ ａ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ － ｇ ｇ ｐ ｇ ｒ ａ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ．Ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｇ ｙ ｇ
２ ２ ／ ／ ； 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 ， ． ３ ｍ ｓ ． １ ｍ ｓ
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 ： ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ Ｕ ２ ７ ０ ． １ 文献标志码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ８ ３ ６ ０ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ８ ． ０ ０ ２ － ｊ
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 ２ ０ ０ ０ ９ ２ 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 ，
２ ２ ／ ／ ±０． ３ｍ ｓ ｔ ｏ ±０． １ｍ ｓ ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｐ
；修回日期 ： 收稿日期 ： ２ ０ １ ５ ０ １ ０ １ ２ ０ １ ５ ０ ５ ３ １ － － － － ， 作者简介 ： 吴萌岭 （ 男， 云南大理人 ， 教授 ， 博士 。 １ ９ ５ ９—） ： ＿ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｗ ｕ ｍ ｌ ｓ ｈ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
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 ；