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专利号: 2020111236314
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、对高速列车的全部车厢进行动力学分析,得到高速列车的动力学模型,建立高速列车动力学方程;高速列车动力学方程为:其中,i=1,2,···,n为车厢的数目;mi为第i节车厢质量;xi、vi分别为第i节车厢的位移量、速度量;u′i为第i节车厢的控制输入;fdi表示作用于第i节车厢的运行阻力;fi表示第i节车厢与第i+1节车厢之间的相互作用力;di为系统的复合扰动项,di=fi-1-fdi-fi;

其中,X=[x1,x2,…,xn]T,V=[v1,v2,…,vn]T,G=diag[m1,m2,…,mn]-1,U′=[u1′,u2′,…,un′]T,D=[d1,d2,…,dn]T;

S2、设计滑模控制器来求解列车稳定运行时每节车厢制动力的给定值,滑模控制器设计为:其中,M=diag[m1,m2,…,mn],c=diag[c1,c2,…,cn],ci>0, Xd=[xd,xd,…,xd]T为给定的参考位移且n阶可导,Γ=diag[η1,η2,…,ηn],ηi为大于零的常数,SΔ=[sgn(s1),sgn(s2),…,sgn(sn)]T;

S3、证明所述滑模控制器的稳定性,求取整列车目标制动力,整列车目标制动力为:F=-(u′1+u′2+…+u′n)

其中,F为目标制动力;

S4、所述整列车目标制动力给定前提下,利用黏着利用率构建目标优化函数,选取黏着限制和旅客乘坐舒适度作为约束条件;

目标优化函数为:

其中,Wi为权重系数且0<Wi<1,ui为运行过程中第i节车厢待分配的制动力,μiPi为第i节车厢所能提供的最大黏着力;

约束条件为:

其中,f0=0,fn=0,a1=0.981m/s2,a2=1.1772m/s2;

S5、对所构造目标优化函数和约束条件转化为二次规划形式:其中,bi=1/μiPi,Zi=1-biui;

S6、求得S5中所述二次规划形式的最优解,进而得到优化后每节车厢待分配制动力。

2.根据权利要求1所述的一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,在步骤S1中列车动力学模型为:其中,mi为第i节车厢质量; 为第i节车厢的加速度量;ui′为第i节车厢的控制输入。

3.根据权利要求2所述的一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,在列车动力学模型中,列车的基本阻力计算公式为:其中, 是由高速列车车辆类型决定的常数;

列车间耦合力可以表示为:

fi=k(xi-xi+1)+h(vi-vi+1)其中,k为弹性系数,h为阻尼系数。

4.根据权利要求1所述的一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,在步骤S2中滑模控制器的滑模面设计为:其中,s=[s1,s2,…,sn]T,e=[e1,e2,…,en]T。

5.根据权利要求1所述的一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,在步骤S3中通过Lyapunov函数证明滑模控制器的稳定性。

6.根据权利要求1所述的一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,在步骤S4中利用H矩阵正定,证明所构造目标函数存在极小值。

7.根据权利要求1所述的一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,在步骤S5中:ξi=mia2-fi-1+fdi+fi=94176-di,ζi=mia1-fi-1+fdi+fi=78480-di。

8.根据权利要求1所述的一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,在步骤S6中通过Simulink建模,并编写S函数求得最优解Zi。

9.根据权利要求1所述的一种考虑黏着与舒适度的高速列车制动力优化分配方法,其特征在于,在步骤S6中根据最优解与制动力的转换关系,通过代换得到ui为:ui为一个合力作用在高速列车车厢上。