【摘要】：高載荷、大軸重重載電力機車的最優(yōu)粘著利用及如何實現(xiàn)防空轉(zhuǎn)控制已成為現(xiàn)今機車牽引控制領(lǐng)域的研究熱點。所謂最優(yōu)粘著利用及防空轉(zhuǎn)控制,是指在一定的外界環(huán)境條件下,通過控制牽引電機運動狀態(tài),進而影響機車輪軌間的粘著狀態(tài),使機車盡可能發(fā)揮出當(dāng)前軌面所能允許的最大牽引力,同時避免車輪發(fā)生空轉(zhuǎn)的控制方法。本文以重載電力機車作為研究對象,針對輪軌粘著系數(shù)精確觀測、不確定軌面最優(yōu)粘著點極值搜索算法、機車最優(yōu)粘著防空轉(zhuǎn)控制策略三個主要問題展開研究。主要工作如下:針對重載電力機車在運行過程中,輪軌粘著系數(shù)難以獲取的問題,本文提出一種基于非奇異終端滑模觀測器的輪軌粘著系數(shù)觀測算法。通過對牽引電機負載轉(zhuǎn)矩與機車粘著力矩之間的相互作用力矩進行分析,構(gòu)建非奇異終端滑模觀測器對牽引電機負載轉(zhuǎn)矩進行觀測,再進一步利用負載轉(zhuǎn)矩觀測值來估算粘著系數(shù),有效降低一般觀測器對外界參數(shù)變化的敏感性,提高輪軌粘著系數(shù)的觀測精度。針對重載電力機車在復(fù)雜工況軌面運行時,軌面最優(yōu)粘著點難以獲取的問題,本文提出一種基于滑模極值搜索理論的軌面最優(yōu)粘著點搜索算法。所提出的不確定軌面最優(yōu)粘著點滑模極值搜索算法通過將粘著系數(shù)觀測值作為極值搜索算法的輸入信號,然后設(shè)計一系列滑模面確保機車蠕滑速度收斂至最優(yōu)粘著點附近。當(dāng)滑模收斂條件不再滿足時,利用振蕩積分環(huán)節(jié)提高搜索精度,減小誤差。針對重載電力機車處于最優(yōu)粘著牽引工況下,機車車輪可能發(fā)生空轉(zhuǎn)的問題,本文提出一種基于非對稱障礙李雅普洛夫函數(shù)的機車防空轉(zhuǎn)控制算法。通過提取機車蠕滑速度為狀態(tài)變量,運用非對稱障礙李雅普洛夫函數(shù)特有的不對稱約束邊界,在穩(wěn)定區(qū)和空轉(zhuǎn)區(qū)的障礙邊界分別進行獨立設(shè)計,確保機車粘著狀態(tài)被約束在一個可靠的高粘著區(qū)域,同時滿足機車的高粘著利用率和防空轉(zhuǎn)控制目標(biāo)。最后基于Matlab/Simulink仿真環(huán)境構(gòu)建機車最優(yōu)粘著利用及防空轉(zhuǎn)控制模型,對所提出的控制策略進行仿真驗證。并利用RT-Lab半實物實驗平臺進行半實物實驗,進一步驗證所提出的控制策略的有效性。
【圖文】：

第五章 基于非對稱障礙李雅普洛夫函數(shù)的機車防空轉(zhuǎn)控制：設(shè)計了基于非對雅普洛夫函數(shù)的防空轉(zhuǎn)控制器，將穩(wěn)定區(qū)和空轉(zhuǎn)區(qū)的約束空間分別單獨設(shè)計優(yōu)粘著點穩(wěn)定區(qū)和空轉(zhuǎn)區(qū)單邊防空轉(zhuǎn)約束。將不滿足非對稱障礙李雅普洛夫條件的蠕滑狀態(tài)通過全局蠕滑狀態(tài)約束非對稱障礙李雅普洛夫函數(shù)控制器進實現(xiàn)全局蠕滑狀態(tài)最優(yōu)粘著防空轉(zhuǎn)設(shè)計的目的。第六章 結(jié)論與展望：對全文的核心研究內(nèi)容進行了總結(jié)，并對本文有待進一問題進行了展望。為方便了解本文的行文結(jié)構(gòu)，附論文結(jié)構(gòu)圖如圖 1-1 所示。

制牽引電機發(fā)出的牽引力大于當(dāng)前軌面所能提供的最大粘著力時，將會導(dǎo)致車輪進入空轉(zhuǎn)狀態(tài)，使得行車安全也無法保證。上述問題的存在會影響粘著控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此重載電力機車基本數(shù)學(xué)模型的建立是研究粘著控制的重要基礎(chǔ)。本章介紹重載電力機車粘著控制數(shù)學(xué)模型，機車粘著控制系統(tǒng)的基本任務(wù)就是防車輪空轉(zhuǎn)，確保行車安全。其次，擁有一定的軌面最優(yōu)粘著點搜索能力，，對于提升輪軌粘著利用率，發(fā)揮重載電力機車的牽引性能也十分必要。推導(dǎo)描述了重載電力機車簡化模型包括：牽引電機運動方程、輪軌粘著機理、粘著特性曲線、機車簡化動力學(xué)模型；然后對現(xiàn)有的常見粘著控制方法進行了總結(jié)；最后給出本文設(shè)計的重載電力機車粘著控制模型[31]。本章為后續(xù)章節(jié)的最優(yōu)粘著搜索及防空轉(zhuǎn)控制算法奠定理論基礎(chǔ)。2.1 重載電力機車簡化輪軌模型重載電力機車簡化輪軌模型示意圖如圖 2-1 所示，機車牽引動力系統(tǒng)由牽引電機、齒輪箱、機車輪軌三部分組成，在重載電力機車的牽引運行過程中，電機轉(zhuǎn)動力矩通過齒輪箱傳遞牽引力矩，驅(qū)動輪對以轉(zhuǎn)速dv 旋轉(zhuǎn)，車輪軸重為Wg ，輪軌之間的粘著力 Fμ驅(qū)動機車以速度tv 前行。
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U264

【參考文獻】

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本文編號：2611021