CN108162935A - 一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，用以产生阻力导致的减速度偏差信号，使实际制动力与目标制动力相跟随，包括以下步骤：1)构建考虑阻力不确定导致的减速度偏差的列车模型；2)对列车模型建立状态观测器，以总制动力和列车速度作为输入，以阻力不确定带来的减速度偏差估计值作为输出；3)在线估计获取减速度偏差估计值，并利用i时刻的减速度偏差估计值获取下一时刻的目标总制动力，并且根据目标总制动力对轨道车辆进行制动控制。与现有技术相比，本发明具有提高适应性、优化制动等优点。

Description

一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆控制领域，尤其是涉及一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法。

背景技术

城轨列车在运行过程中，制动系统承担着辅助控制车速、到站停车和保证安全的责任。其在制动过程中，接收列车信号系统发的制动指令——列车目标减速度，然后根据这个目标减速度区控制自身各个部件。理想状态下，制动系统产生的制动力能使列车达到目标减速度，然而实际过程中，通常会受到阻力的不确定参数的干扰，使实际减速度偏离目标减速度，从而影响列车对车速的控制。其造成的后果最为常见的是列车到站停车不精确，车门对不准站台规定区域；更严重的是增大列车制动距离，引发安全事故。本发明主要与常规的制动控制装置的最大区别在于控制反馈量的不同，常规的制动控制方法以平直线路下忽略制动阻力的理想制动力为控制反馈量；而本发明中的制动控制方法通过对阻力导致的减速度偏差的在线自适应估计，计算出实际的制动力作为控制反馈量，控制制动缸压力，以提高列车制动的精确度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，用以产生阻力导致的减速度偏差信号，使实际制动力与目标制动力相跟随，包括以下步骤：

1)构建考虑阻力不确定导致的减速度偏差的列车模型；

2)对列车模型建立状态观测器，以总制动力和列车速度作为输入，以阻力不确定带来的减速度偏差估计值作为输出；

3)在线估计获取减速度偏差估计值，并利用i时刻的减速度偏差估计值获取下一时刻的目标总制动力，并且根据目标总制动力对轨道车辆进行制动控制。

所述的步骤1)中，考虑减速度偏差的列车模型的表达式为：

其中，v为列车速度，M为列车质量，F_brake为列车总制动力，c为阻力不确定导致的减速度偏差。

所述的状态观测器的表达式为：

其中，z₁为状态观测器的速度估计值，e为速度偏差,z₂为阻力不确定带来的减速度偏差估计值,α₁、α₂、β₁和β₂为状态观测器的参数，h₂为计算步长，fal(·)为非线性函数。

所述的步骤3)中，下一时刻的目标总制动力F_brake(i+1)的计算式为：

其中，为i时刻的减速度偏差估计值，r为i时刻的列车加速度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明设提供了一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，该方法能针对阻力不确定的参数对列车制动进行优化，在列车的实际运行过程中根据所反馈的轴速、轴重、制动缸压力等实时信息实现针对列车制动力的闭环控制，从而提高列车在实际制动过程中对于阻力不确定参数的适应性。

附图说明

图1为制动控制流程图。

图2为本发明的制动控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明提供一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，用于对高速铁路和城市轨道交通车辆制动系统的控制。该控制方法对列车制动系统进行控制。当列车处于制动工况时，根据制动指令对制动力进行控制。从减速机理分析，制动缸压力产生制动力，制动力结合阻力构成列车减速力，作用在列车上产生减速度，因而引起车速变化(下降)。于是在控制过程中，通过对制动系统的实际制动缸压力信号、轨道车辆的实际轴重信号和轴速信号的在线处理，估计出列车运行模型中的阻力导致的减速度偏差，计算目标制动缸压力，最终使实际制动力与目标制动力相跟随，实现列车制动对于阻力的自适应。

如图2所示，本发明的制动控制方法以通过仿真手段验证，包括下列步骤：

首先设计列车数学模型，该模型由列车动力学模型和阻力不确定导致的减速度偏差组成：

其中：

v：列车速度

M：列车质量

F_brake：总制动力

c：阻力不确定导致的减速度偏差

然后将阻力导致的减速度偏差视作一个状态变量，则列车模型可写作：

式中，w为阻力导致的减速度偏差的微分。对式(2)建立状态观测器为：

z₂即为阻力不确定带来的减速度偏差估计值。

最后在线估计减速度偏差，并利用i时刻偏差的估计值计算下一时刻(i+1)的目标制动力：

其中r是该时刻的目标加速度(目标减速度*-1)。

本发明的一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，明确了其控制逻辑。如轨道车辆在阻力不确定的线路上运行时，当需要采取制动时，搭载在车辆制动系统上的该种制动控制方法，对列车制动进行控制。该制动控制方法可以实现对阻力的自适应，即当制动指令给出时，无论阻力实际如何，该控制系统都能控制制动系统，实现制动指令要求的制动性能，使列车即使在阻力变化下实施制动，也能保证制动的精度，从而对阻力的不确定实现自适应。该轨道车辆自适应阻力的制动控制方法具有架控模式和轴控模式。

Claims (4)

1.一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，用以产生阻力导致的减速度偏差信号，使实际制动力与目标制动力相跟随，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建考虑阻力不确定导致的减速度偏差的列车模型；

2)对列车模型建立状态观测器，以总制动力和列车速度作为输入，以阻力不确定带来的减速度偏差估计值作为输出；

3)在线估计获取减速度偏差估计值，并利用i时刻的减速度偏差估计值获取下一时刻的目标总制动力，并且根据目标总制动力对轨道车辆进行制动控制。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，考虑减速度偏差的列车模型的表达式为：

其中，v为列车速度，M为列车质量，F_brake为列车总制动力，c为阻力不确定导致的减速度偏差。

3.根据权利要求2所述的一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，其特征在于，所述的状态观测器的表达式为：

其中，z₁为状态观测器的速度估计值，e为速度偏差,z₂为阻力不确定带来的减速度偏差估计值,α₁、α₂、β₁和β₂为状态观测器的参数，h₂为计算步长，fal(·)为非线性函数。

4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆自适应阻力的制动控制方法，其特征在于，所述的步骤3)中，下一时刻的目标总制动力F_brake(i+1)的计算式为：

其中，为i时刻的减速度偏差估计值，r为i时刻的列车加速度。