約束非線性控制及其在列車牽引系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、在實際的物理系統(tǒng)中，常常存在有約束的情況。約束可能以不同的形式出現(xiàn)，比如:飽和、性能規(guī)范、安全規(guī)范、停機等。在系統(tǒng)運行期間，如果違反了運行所需的約束條件，很有可能會降低系統(tǒng)的性能，情況嚴(yán)重時，會產(chǎn)生危險，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的損壞。本論文基于對高速列車控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，首先研究了具有狀態(tài)約束或者輸入飽和約束的一般非線性系統(tǒng)的控制器設(shè)計問題，然后將研究成果應(yīng)用于實際高速列車的牽引控制中。主要研究工作簡述如下:
　　首先，針對一類具有全狀態(tài)約

2、束的一般n階非線性系統(tǒng)，應(yīng)用對稱型約束李雅普諾夫函數(shù)，研究了自適應(yīng)Backstepping控制器的設(shè)計方案。在設(shè)計過程中，每一步Backstepping控制算法過程中都引入對稱型約束李雅普諾夫函數(shù)，以確保所有狀態(tài)不違反約束，如此構(gòu)造了一類新型韻自適應(yīng)Backstepping控制算法。該方法的主要優(yōu)勢在于給系統(tǒng)設(shè)計控制算法時就考慮狀態(tài)約束，且具有較少的自適應(yīng)參數(shù)。通過穩(wěn)定性分析，證明了所提控制算法在滿足狀態(tài)約束的條件下可保證自適應(yīng)律、控制

3、輸入以及跟蹤誤差的有界性。
　　其次，根據(jù)動力學(xué)原理，建立了高速列車單質(zhì)點非線性動力學(xué)模型，并分析了模型中存在的不確定性。將上述針對一般非線性系統(tǒng)的狀態(tài)約束控制方法應(yīng)用到實際高速列車系統(tǒng)中，實現(xiàn)了對列車速度受限條件下的控制。由于只考慮高速列車速度約束的情況，屬于部分狀態(tài)約束控制，設(shè)計控制器時只需對有約束的狀態(tài)（速度）使用約束李雅普諾夫函數(shù)的控制器設(shè)計方法，而沒有約束的狀態(tài)（位移）使用普通李雅普諾夫函數(shù)的控制器設(shè)計方法，最終實現(xiàn)了高

4、速列車速度約束條件下的自適應(yīng)控制算法設(shè)計。文中給出了系統(tǒng)穩(wěn)定性以及高速列車的速度和位移誤差收斂性的證明。以CRH3型動車組為實例，對所提出的算法進(jìn)行了數(shù)值驗證。
　　然后，針對一類具有輸入飽和約束的一般n階非線性系統(tǒng)，仍然研究了自適應(yīng)Backstepping控制器的設(shè)計方案。所設(shè)計的控制器由魯棒自適應(yīng)控制器和Backstepping控制器組成，具有兩種控制器的優(yōu)勢。應(yīng)用李雅普諾夫函數(shù)和相關(guān)引理得到自適應(yīng)律。執(zhí)行器飽和的問題采用輸入