基于T-S模型的模糊预测控制在列车速度控制器中的应用研究

针对列车的速度控制特点,提出了基于Takagi-Sugeno(T-S)模型的模糊预测函数控制方法.设计了一种列车速度模糊预测函数控制器,并针对不同运行状况以及列车在启动、停止以及运行过程中的特点采取相应的控制策略,将整个控制过程分为多个子空间,每个子空间对应一个线性预测模型,通过仿真研究,验证了该控制器具有良好特性曲线跟踪能力.     

基于多模型SGPC的高速列车速度及位置跟踪控制

研究了列车自动驾驶系统(ATO)的多模型阶梯式广义预测控制(SGPC)方法。首先针对高速列车运行过程的非线性特性,采用多模型策略,建立一个线性自适应模型和一个神经网络非线性模型并行辨识系统的动态特性。然后在每个采样时刻根据性能指标切换到最优的局部模型作为系统的当前模型。设计SGPC控制器,从而实现高精度的列车速度和位置跟踪控制。最后模拟列车运行中参数突变的影响,将该方法与传统的单模型线性广义预测控制方法进行对比研究。仿真结果表明:其控制效果明显优于单模型的线性广义预测控制器。     

基于RBF-ARX模型的高速列车预测控制器设计

针对高速列车在复杂环境运行时,传统预测控制器出现的动力学模型失配、在线辨识实时性不强等问题,提出一种基于RBF-ARX模型的列车预测控制方法.首先,构建RBF-ARX模型作为列车控制器的预测模型,使用SNPOM算法处理列车运行中的大量历史数据,得到预测模型的模型阶次及优化参数,并验证了模型的准确性.然后使用该模型构造预测控制器对列车目标曲线进行在线跟踪仿真.结果表明:基于RBF-ARX模型的高速列车预测控制器不仅解决了动力学模型失配的问题,并且在控制精度及舒适度等方面都优于传统预测控制器.     

基于T-S模型的不确定切换系统的鲁棒H_∞可靠控制

提出一种基于局部T-S模型不确定切换系统的可靠控制方法,将输入空间划分为若干个区域,在每一区域内构建局部T-S模型并设计相应的控制器;这样由于模糊论域的变小而提高了逼近精度,然后再通过多模型切换控制,实现对整体非线性系统的逼近与控制.在此,利用并行分布补偿技术(PDC),借助于LMI和凸优化方法,得出系统鲁棒H∞可靠控制器的解析式.     

一类非线性不确定时滞系统的多模型切换H∞跟踪控制

考虑了当系统存在不确定和外界干扰的情况下,一类非线性不确定时变时滞系统的多模型切换H∞跟踪控制的设计问题。利用时滞T-S模糊模型对非线性不确定时滞系统进行建模,将输入空间划分为若干个区域,在每一区域内设计局部T-S模型和控制器,这样在模糊规则数相同的情况下由于模糊论域的变小从而提高了逼近精度;在不确定性满足增益有界的条件下,得到了该类时变时滞非线性系统满足闭环稳定和H∞跟踪控制性能的充分条件,通过求解一组线性矩阵不等式(LMI),获得模糊H∞跟踪控制律,基于Lyapunov稳定性理论,证明了在此控制律下闭环系统渐进稳定;根据所选定的变量,通过多模型切换控制,将相应的区域控制器切换为全局控制器,而其他控制器不起作用,实现对整体非线性系统的逼近与控制。     

混杂系统模糊切换多模型控制

多模型系统采用多个局部模型共同描述系统动态行为,局部模型依据设定的模糊规则进行切换。采用并行分布式补偿方法设计基于局部模型的局部控制器,局部控制器与局部模型共享相同的切换规则,全局系统开环及闭环Lyapunov稳定性条件表明,在保证该条件成立的对称正定矩阵存在时,能够获得全局稳定的切换序列。与滑模变结构控制的仿真对比实验表明,所提出的建模及控制方法具有更好的全局收敛速度。     

基于模型有效匹配的多模型切换控制

针对切换控制中模型匹配准则的确定问题,提出了一种基于模型有效匹配的多模型切换控制算法,该算法利用频率响应函数以及系统工况变化后频率响应上的特征,实现多模型系统的模型有效匹配与合理切换．算法可以有效地识别正常工况变化,不受干扰噪声影响,避免了模型的非正常切换,仿真算例表明,该算法在准确识别系统正常突变、合理切换和跟踪系统工况时是有效的。     

浅析地铁列车的定位过程和速度控制

随着城市人口的不断增加,城市交通问题日益突出。地铁、轻轨具备客运量大、污染少等特点,是解决大中城市交通问题的首选方案。目前,我国各大中城市不断增加地铁的运营里程。由于地铁列车运行密度高、车站间距近、安全性要求高,列车自动控制系统及列车本身需要实时了解列车在线路中的精确位置和速度,那么如何对列车进行精确的定位和速度控制便显得尤为重要。     

高速列车行驶速度对隧道壁面气动压力影响的数值模拟

壁面气动压力长期循环作用是高速铁路隧道衬砌掉块的重要诱因,为研究高速列车行驶速度对壁面气动压力基本特征的影响规律,采用三维数值仿真模拟对隧道典型位置(入口段、洞身段以及出口段)壁面气动压力进行研究。结果表明:列车车头经过使得监测横断面气动压力差异性增强,表现出显著的三维特征。隧道入口段气动压力三维特征主要受压缩空气所占体积大小以及与隧道入口之间距离的影响,气动压力三维特征随着进入隧道入口距离的增加而减弱,并逐渐向一维特征转变。列车车头驶入隧道入口后,车尾驶出隧道出口前,洞身段不同测点位置的气动压力正峰值主要受车头进入隧道入口诱发压缩波的影响,纵轴中断面测点气动压力负峰值与峰峰值大于洞口段。车尾驶出隧道出口后,出口段测点气动压力负峰值大于入口段,正峰值小于入口段。隧道出口段气动压力三维特征与入口段相似,但列车行驶速度以及测点与隧道出口之间距离对气动压力三维特征的影响机制更为复杂。     

基于多业务模式的软切换优化算法研究

主要针对现阶段CDMA系统中传统软切换算法中所存在的问题,提出在多业务模式下进行软切换算法的优化。优化算法对不同的业务类型进行分类并标定优先级,兼顾小区负载平衡,达到各小区之间负载平衡和资源的合理利用的目的。仿真结果表明,优化算法显著降低了切换中断率,提高了系统性能,显示出较大的优越性。     

基于认知结构的高速列车对标停车控制算法

高速列车进站停车是列车自动驾驶系统(Automatic Train Operation,ATO)的一个重要功能,该功能需要在保证乘客舒适性的同时实现精确的对标停车.针对高速列车自动驾驶系统的精确进站停车问题,首先分析了人类高速列车司机在停车过程中的认知处理过程;结合认知结构理论对这一过程进行建模,构建了高速列车停车对标任务认知结构模型,基于该模型提出了一种基于认知结构的对标停车控制算法.最后对设计的算法进行了评估与分析.结果表明:该算法与人类高速列车司机具有相似的驾驶特征,与PID控制算法相比在调整次数、冲击率等性能指标上更加优异,对不同的初始条件也有良好的适应性.     

高铁站点发展空间分析模型研究

高铁站地区的发展对城市空间质量的影响越来越大。在西方,高铁站往往作为提升城市竞争力的重要因素;在中国,高铁站则是城市空间质量转型升级的重要契机。通过节点与场所模型,以中国天津和荷兰兰斯塔德为例,探索不同驱动力下高铁站地区的发展方向与城市角色。研究发现：城市发展模式、城市经济属性和利益主体的决策模式成为影响高铁站发展的三大驱动力。     

面向鲁棒性的高速铁路网络列车运行调整计划优化模型

针对高速铁路路网中出现区间封锁事件,考虑事件持续时间的不确定性,以列车运行时间和安全间隔时间为约束条件,引入路径选择唯一性约束保证列车运行调整计划的鲁棒性,以所有列车晚点时间之和的期望值最小为目标函数,建立高速铁路列车运行调整计划优化整数规划模型.设计基于优先级规则的启发式算法,求解原模型的可行解.运用拉格朗日松弛算法和最短路径算法求解该模型的松弛模型,得到原模型最优解的下界.根据可行解与最优解下界之间的距离,可以定量地衡量可行解的质量.结果表明,相较于CPLEX数学求解软件,算法求解效率较高;模型与算法能够有效生成鲁棒的列车运行调整计划,为调度员提供必要辅助决策信息.     

馈能悬架的多模式智能控制策略

针对主动悬架耗能而限制其在电动汽车中的应用问题,采用永磁(PM)直线电机作为主动悬架系统的执行机构,建立了整车动力学模型,研究了车辆动力学性能与能量回收能力之间的关系。基于最优控制理论设计了主动悬架LQG控制器,采用层次分析法(AHP)和粒子群优化(PSO)方法优化了控制器设计参数,提高了车辆动力学性能和能量回收能力。为了实现模式切换,提出了一种新的多模式切换控制策略。在控制策略中引入舒适性因素,该因素可由驾驶员调节或根据车辆行驶状态进行选择,从而实现了不同模式下的策略切换。仿真结果表明,所提出的多模式切换控制策略显著优于传统主动悬架控制模式,从而全面提升了整车动力学性能和能量再生能力,为悬架馈能控制策略提供指导。     

无砟轨道复合不平顺对高速行车的影响

轨道复合不平顺是由多种垂、横向不平顺叠加而成的复杂随机波,是影响轮轨动态作用和行车稳定的重要因素.为研究高速铁路无砟轨道复合不平顺对行车品质的影响,考虑轮轨间复杂接触关系建立了车辆轨道空间耦合动力学模型,分析了轨向-水平、轨向-高低、轨距-水平、轨距-高低4种复合不平顺的动力影响.结果表明:随着复合不平顺幅值的增加,轮轨力、车体加速度、轮重减载率、脱轨系数等均会增大;轮轨力、舒适性指标和安全性指标随着复合不平顺波长的增大而减小;复合不平顺幅值组合变化时,车辆动力响应对水平、高低不平顺幅值变化的敏感程度高于轨向、轨距不平顺幅值变化.长波不平顺激扰频率与车体自振频率一致或接近时,车体会出现一定的谐振,垂、横向振动加速度有所增加.     

真空管道高速飞行列车业务复用研究

高速飞行列车的平稳、安全的运行离不开车地无线通信技术的支持,需要包括安全类与非安全类等多类别车地通信业务的有效支撑.研究了高速飞行列车车地通信中突发性运行业务与乘客互联网业务复用传输优化问题,并对其进行求解.将该优化问题分解为两个子问题:乘客传输资源分配问题与突发性运行业务与乘客业务调度问题.首先,通过二维Hopfield网络对乘客传输资源分配问题建模,利用能量函数收敛的性质解决乘客资源分配问题.然后将突发性运行业务与乘客业务调度问题归结为一个机会约束优化问题,通过研究突发性运行业务的累积分布函数将机会约束放宽为线性约束,可利用凸求解器得到最优解.仿真结果表明该复用机制可以实现业务高效复用传输.     

车轮扁疤伤损对高速列车轮对动力学性能影响

车轮扁疤是铁道车辆车轮踏面的缺陷形式之一,对轮轨动力和运用安全有明显的影响.本文建立了弹性车辆系统动力学模型,且将车轮扁疤伤损考虑为车轮轮径变化.利用数值仿真,研究了车轮扁疤伤损对高速列车轮轨冲击力、轮对振动及轮轨接触性能等的影响,并结合列车运行安全性指标得到了不同速度等级下车轮扁疤长度安全限值.结果表明,弹性车辆系统模型可以准确体现轮对旋转运动特征.车轮扁疤伤损对轮轨系统垂向和横向均产生冲击作用,对轮轨系统垂向冲击作用尤为明显,将显著增大轮对旋转振动频率及其倍频对应的振动能量,且会激起轮对中高频弹性共振.车轮出现40mm扁疤时,随着车轮旋转运动,轮轨接触点向轮背侧出现周期性横移,轮轨接触斑面积最大可达142mm2,轮轨纵向和横向蠕滑率分别增大4%和16%.轮轨力、轮对振动加速度及轮轨磨耗指数均会随车轮扁疤长度的增加而增大.当列车运行速度在300km/h及以下时,车轮扁疤长度需限制在30mm;当列车运行速度达到350km/h时,车轮扁疤长度需限定在25mm.     

软开关PWM变换器非线性控制新策略的研究

提出了一种基于单周控制基础上的PWM变换器非线性控制新方案.通过对积分器初始复位电压及输入基准电压的修正,克服了单周控制存在的不足,提高了对开关误差的校正能力,基本消除稳态误差.理论分析和仿真试验都证明了方案的可行性.     

极小样本下高速列车轴承的可靠性评估

针对高速列车轴承在极小样本零失效情况下的可靠性试验评估问题,采用Bayes数据统计理论将先验信息与试验信息进行融合,建立累积失效概率数学模型,根据最小二乘法求解出二参数威布尔分布中的待定参数,得出高速列车轴承可靠性数学模型.研究结果为评估高速列车轴承的可靠性和运行安全性提供了一定的理论依据.     

国内外高速列车空气动力学研究概况

随着我国高速铁路的快速发展,空气动力对列车运行影响越发明显.论文介绍了国内外高速列车空气动力学研究现状.分析了车身、侧墙、裙板、挡板及转向架布置的压力测点,以及国内两个权威测试机构的测试系统和数据分析系统.对工程研究具有一定的推动作用.