高速列车鲁棒制动控制方法对比仿真及结果分析

为了更好地说明本章提出的最优黏着制动控制算法的优越性，在变轨面仿真运行环境下，本书基于参数估计与滑模观测器的非奇异终端滑模控制方法（PESMC）与PI 控制方法的对比如图7-21～图7-24 所示。

图7-21 所示为PESMC 和PI 控制方法下的蠕滑率跟踪对比效果图。由图7-21可知，当轨面发生变化时，两种控制方法都可以收敛到给定值，但PESMC 控制方法收敛速度更快。进一步从局部放大图可知，在第一次轨面发生变化时，PESMC控制方法在10.2 s 即可收敛到给定值，而PI 控制方法在11.2 s 才跟踪上，并出现了超调。在第二次轨面变化时，PESMC 控制方法在20.2 s 收敛到给定值，而PI 控制方法在21 s 后才收敛。

图7-21　列车蠕滑率

图7-22 所示为PESMC 和PI 控制方法下的蠕滑率跟踪误差变化曲线。由图7-22可知，PI 控制方法在列车运行初始阶段就出现较大的跟踪误差，而PESMC 控制方法下跟踪误差很快便可收敛到零。因此，PESMC 控制方法跟踪效果好，收敛速度快，误差较小。图7-23 所示为PESMC 和PI 控制方法下的列车运行黏着系数对比图。图中实线μmax 为不同轨面最大黏着系数的实际值。由图7-23 中局部放大图可知，在轨面初次变化时，PESMC 控制方法下列车运行黏着系数在10.2 s 即可到达最佳黏着区，而PI 控制方法下需在10.4 s 以后。在第二次轨面变化时，PESMC 控制方法下列车运行黏着系数大约在20.1 s 可到达最佳黏着区，而PI 控制方法下需在20.4 s 以后才收敛。因此，相比于PI 控制方法，PESMC 控制方法列车进入最大黏着区域的速度更快，运行在最大黏着区域的时间更长。

图7-22　蠕滑率跟踪误差

图7-23　列车运行黏着系数

图7-24（a）和（b）分别为PI 和PESMC 控制方法下的轮对速度与列车运行速度变化的曲线。由图7-24（a）中局部放大图可知，在PI 控制方法下，列车初始运行阶段0～1 s 时，轮对速度出现较大抖动。而从图7-24（b）中局部放大图可知，PESMC 控制方法下轮对速度变化相对比较缓慢。因此，相比于PI 控制方法，PESMC控制方法下列车制动效果更加平缓，相对更为安全。(www.xing528.com)

图7-24　轮对速度与列车运行速度