基于分布式模型的动车组预测控制方法

摘要

我国普遍采用的是动力分散式动车组，它是由若干个无动力的拖车以及具有动力的动车组成的。随着高速动车组运行速度的不断增长，动车组运行的动态环境发生了本质性变化，动车组与外界空气间的摩擦作用也演变得十分剧烈，空气阻力的非线性也剧烈恶化。针对动车组的复杂非线性特性，经典的建模和控制方法在某一程度上很难得到满意的控制效果。因此，针对动车组动力分散式的编组结构特性，本文基于动车组牵引/制动特性曲线和系统运行数据，根据数据驱动的建模方法，在动车组的纵向上建立分布式模型，接着在此模型的基础上设计预测控制器。具体研究如下：
　　1、针对动车组的运行过程，分析了动车组的动力学模型和在水平方向上动车组的基本受力类型，以及其计算公式和影响因素。接着分析了当前动车组的编组结构特点以及动车组集中式模型的不足之处，为接下来分布式模型的提出奠定了理论依据。
　　2、基于动力分散式动车组的结构特点，首先给出动车组在实际运行过程中的分布式描述。然后与传统辨识方法相比，分析子空间方法和状态空间模型的特点和优越性，并根据动车组牵引/制动特性曲线和实际运行数据，采用子空间模型辨识方法建立了动车组各动力单元的分布式状态空间模型。为了验证所建立的分布式状态空间模型的有效性，提出基于分布式模型的动车组预测控制方法，给出了各动力单元牵引/制动力和运行速度同步跟踪控制算法。
　　3、为了验证所用方法的适用性和有效性，选取运行于京沪高铁CRH380AL型动车组作为本文的研究对象开展仿真试验。仿真结果表明所提方法使动车组的速度能以较高精度跟踪给定轨迹，能实时的反应动车组的动态变化，并实现动车组安全、节能、舒适和正点运行等控制目标。

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第一章 绪论

1 .1 课题研究背景和意义

1 .2 国内外高速动车组的研究现状

1 .3 列车建模与控制方法的研究现状

1 .4 存在的问题

1 .5 主要研究内容及论文结构

第二章 动车组动力学模型

2 .1 动车组的受力分析

2 .2 动车组的牵引力

2 .3 动车组的制动力

2 .4 动车组运行阻力

2 .5 动车组动力学模型

2 .6 本章小结

第三章 动车组分布式模型的建立

3 .1 引言

3 .2 子空间辨识方法

3 .3 动车组分布式建模

3 .4 本章小结

第四章 基于分布式模型的动车组预测控制方法

4 .1 预测控制算法

4 .2 基于分布式模型的预测控制器

4 .3 仿真实验

4 .4 本章小结

第五章 总结

5 .1 主要工作回顾

5 .2 需进一步研究的课题

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢