基于补偿函数观测器的高速列车速度运行曲线跟踪控制研究
侯涛
周文琪
牛宏侠
兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州 730070
摘要：针对观测器估计精度偏低及高速列车系统的强耦合、受外界扰动、参数时变等问题,提出一种基于补偿函数观测器的分数阶非奇异快速终端滑模控制算法(Compensating Function Observer-Fractional Order Non-singular Fast Terminal Sliding Mode Control,CFO-FONFTSMC),以提高高速列车速度控制的鲁棒性和控制精度.首先,建立高速列车纵向多质点动力学模型,设计高精度的补偿函数观测器对系统的总扰动进行实时估计并补偿;然后,设计一种带状态负指数控制律的分数阶非奇异快速终端滑模控制算法,用于对列车的运行曲线进行跟踪控制,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明系统在有限时间内的收敛性;最后,以CRH3型高速列车参数和合肥站—蚌埠南站的实际线路为实例,分别跟踪理想运行曲线和节能优化运行曲线进行实验验证.仿真结果表明:所提算法跟踪理想运行速度曲线的平均误差为0.013 77 km/h,跟踪带干扰的节能优化运行速度曲线的平均误差为0.036 4 km/h,相较于基于扩张状态观测器的滑模和非奇异快速终端滑模控制方法,所提方法具有最小的跟踪误差和更高的跟踪精度,验证了其有效性和可行性,可为列车速度跟踪控制领域的研究提供参考.
关键词：高速列车多质点模型补偿函数观测器分数阶非奇异快速终端滑模跟踪控制
分类号：U284(铁路通信、信号)TP273(自动化技术及设备)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-21（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 100-110 )
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