本發(fā)明涉及鐵路及軌道交通領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，是涉及一種動(dòng)車組列車安全高效運(yùn)行主動(dòng)粘著控制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

輪軌間相互作用所產(chǎn)生的粘著力是軌道車輛動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，其為軌道車輛提供實(shí)際的牽引或制動(dòng)力。然而輪軌間的粘著是一個(gè)具有較大不確定性的復(fù)雜過(guò)程，受機(jī)車設(shè)計(jì)、輪軌條件、車輛速度、線路狀況、氣候條件等諸多因素影響。隨著動(dòng)車組列車的運(yùn)行速度和范圍的不斷增加，列車運(yùn)行環(huán)境也變得更為復(fù)雜多變。為保證列車在這種高速度遠(yuǎn)距離的條件下能安全有效運(yùn)行，其對(duì)動(dòng)車組列車粘著控制性能提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。

目前實(shí)際應(yīng)用于動(dòng)車組列車上的粘著控制方法均屬于再粘著控制方法，其工作原理是當(dāng)檢測(cè)到牽引制動(dòng)工作點(diǎn)進(jìn)入到空轉(zhuǎn)或打滑區(qū)后再采取相應(yīng)動(dòng)作將其拉回到蠕滑區(qū)。近年來(lái)一些學(xué)者，從理論上提出一些優(yōu)化粘著控制方法(如基于最優(yōu)蠕滑率/蠕滑速度/粘著斜率的優(yōu)化粘著控制方法)，試圖將其工作點(diǎn)一直保持在最大粘著點(diǎn)附近。然而這些方法在應(yīng)對(duì)“低粘著”所導(dǎo)致的打滑空轉(zhuǎn)問(wèn)題時(shí)都屬于事后補(bǔ)償控制方法，且其需要測(cè)量精確的車體速度和獲取輪軌表面的粘著特性以保證控制的有效性。而在目前的實(shí)際應(yīng)用中，精確的車體速度和輪軌表面粘著特性的獲取存在一定的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種動(dòng)車組列車安全高效運(yùn)行主動(dòng)粘著控制方法和系統(tǒng)，有效提高列車牽引制動(dòng)效率，降低輪軌磨耗，這對(duì)加強(qiáng)列車安全穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)輪軌使用壽命，改善旅客乘車舒適度，減少列車能源消耗。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種動(dòng)車組列車安全高效運(yùn)行主動(dòng)粘著控制方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)單軸動(dòng)力學(xué)模型和全維狀態(tài)觀測(cè)器原理設(shè)計(jì)粘著力矩觀測(cè)器，用于實(shí)時(shí)估算列車輪軌間的粘著力矩

S2、根據(jù)粘著力矩車體加速度值a和變步長(zhǎng)算法推導(dǎo)計(jì)算出牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim；

S3、根據(jù)牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim和上級(jí)牽引控制系統(tǒng)所給定的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*，設(shè)計(jì)出粘著控制器，協(xié)調(diào)牽引控制和粘著控制。

作為優(yōu)選的，所述步驟S1中，所述單軸動(dòng)力學(xué)模型的動(dòng)力學(xué)方程為：

F_r＝M·(a₀+b₀V+c₀V²)

式中，M表示單軸平均質(zhì)量,J_w表示輪對(duì)平均旋轉(zhuǎn)慣量,N表示單軸軸重,T_m表示電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,r表示車輪半徑,F_a表示輪軌間切向方向的粘著力,T_L表示粘著力矩,ω表示車輪旋轉(zhuǎn)角速度,V表示車體速度,V_w表示車輪輪周速度,a表示車體加速度,μ表示粘著系數(shù),F_r表示列車運(yùn)行阻力,a₀,b₀,c₀表示單位質(zhì)量列車運(yùn)行阻力系數(shù)。

作為優(yōu)選的，根據(jù)單軸動(dòng)力學(xué)方程，推出一階狀態(tài)空間表達(dá)式：

令Y＝ω，u＝T_m,C＝[1 0]；上述表達(dá)式改寫(xiě)為：

計(jì)算可得矩陣的秩為2。

作為優(yōu)選的，所述粘著力矩觀測(cè)器的設(shè)計(jì)表達(dá)式為：

其中，反饋矩陣為L(zhǎng)＝[l₁ l₂]^T，通過(guò)合理配置反饋矩陣L,使得系統(tǒng)矩陣A-LC的所有特征值具有負(fù)實(shí)部及所期望的衰減速度，則可實(shí)現(xiàn)狀態(tài)估計(jì)值漸進(jìn)逼近被估計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)X。

作為優(yōu)選的，所述步驟S2中具體包括：

S201、根據(jù)積分的基本性質(zhì)，得引理1：不等式是不等式的充分不必要條件；其中，不等式為列車在牽引加速工況下，保證車輪處在蠕滑狀態(tài)時(shí)，蠕滑率λ必須滿足的條件；

S202、

將車體加速度和代入不等式可得其中為粘著力矩觀測(cè)器所估計(jì)的粘著力矩，a為車體加速度計(jì)所測(cè)量得到的車體加速度值；；

移項(xiàng)化簡(jiǎn)可得：

根據(jù)引理1可推導(dǎo)出上式是不等式成立的充分不必要條件；

S203、在T_m的取值范圍內(nèi)定義一個(gè)自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩為：

λ_x的值在初始啟動(dòng)階段采用設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)值；當(dāng)列車遭遇“低粘著”條件后，輪軌間粘著力矩T_L產(chǎn)生突降，此時(shí)以粘著力矩觀測(cè)器所估計(jì)的的突降為觸發(fā)條件，強(qiáng)制將λ_x賦值為0，以快速抑制輪對(duì)的空轉(zhuǎn)現(xiàn)象；恢復(fù)穩(wěn)定后，啟動(dòng)變步長(zhǎng)算法：λ_x(i+1)＝λ_x(i)+α，其中更新λ_x的值，當(dāng)不再增加時(shí)，算法自動(dòng)停止工作，此時(shí)實(shí)現(xiàn)低粘著條件下的最大化粘著利用。

作為優(yōu)選的，所述步驟S3中，采用自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim對(duì)牽引控制系統(tǒng)所給定的電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*進(jìn)行動(dòng)態(tài)限制，以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)粘著控制；其飽和限制型控制邏輯關(guān)系如下式所述：

當(dāng)給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*的絕對(duì)值小于自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩值T_lim絕對(duì)值時(shí)，實(shí)際電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T_m等于給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*，滿足牽引控制目標(biāo)要求；當(dāng)給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*絕對(duì)值大于自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩值T_lim絕對(duì)值時(shí)，此時(shí)±T_lim作為T_m的飽和值，限制住T_m，使其等于±T_lim，滿足粘著控制目標(biāo)要求。

一種根據(jù)上述方法進(jìn)行動(dòng)車組列車的主動(dòng)粘著控制系統(tǒng)，包括粘著控制器、數(shù)據(jù)處理模塊；

所述數(shù)據(jù)處理模塊用于通過(guò)反饋回來(lái)的輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)和牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)估計(jì)出實(shí)時(shí)的輪軌間粘著力矩，并通過(guò)估計(jì)出實(shí)時(shí)的輪軌間粘著力矩和車體加速度值，在無(wú)需車體速度和輪軌粘著特性的條件下，實(shí)時(shí)計(jì)算出能夠適應(yīng)當(dāng)前軌面條件的牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩限制值，為粘著控制器提供牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim；

所述粘著控制器通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊中所計(jì)算的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim和上級(jí)牽引控制系統(tǒng)所給定牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*，在一定的控制邏輯下，產(chǎn)生電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的控制指令T_m。

作為優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括粘著力矩觀測(cè)器、變步長(zhǎng)算法模塊和自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊；

所述粘著力矩觀測(cè)器用于通過(guò)反饋回來(lái)的輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)和牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)估計(jì)出實(shí)時(shí)的輪軌間粘著力矩，為下一步信號(hào)處理提供可用的粘著力矩值；

所述變步長(zhǎng)算法模塊和自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊用于根據(jù)估計(jì)出實(shí)時(shí)的輪軌間粘著力矩和車體加速度值，在無(wú)需車體速度和輪軌粘著特性的條件下，實(shí)時(shí)計(jì)算出能夠適應(yīng)當(dāng)前軌面條件的牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩限制值，為粘著控制器提供牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim。

作為優(yōu)選的，所述輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)由安裝在輪軸端的車軸轉(zhuǎn)速傳感器輸出，車體加速度信號(hào)由安裝在轉(zhuǎn)向架上的車加速度傳感器輸出，牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)由粘著控制器輸出，上級(jí)給定牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)由列車通信網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)來(lái)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明在無(wú)需獲取車體速度和輪軌粘著特性的條件下，采用觀測(cè)器和變步長(zhǎng)算法實(shí)時(shí)計(jì)算出牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩，利用該轉(zhuǎn)矩對(duì)牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)監(jiān)控，從而能以主動(dòng)事先預(yù)防而非消極事后補(bǔ)償機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的粘著控制。該控制方法能更有效地解決再粘著控制方法和優(yōu)化粘著控制方法所難以應(yīng)對(duì)的“低粘著”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在軌面突變的瞬間，快速有效地抑制空轉(zhuǎn)打滑現(xiàn)象，并在系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定后，完成“低粘著”條件下的最大化粘著利用。本發(fā)明的應(yīng)用將優(yōu)化粘著力的控制性能，這將更有效提高列車牽引制動(dòng)效率，降低輪軌磨耗，這對(duì)加強(qiáng)列車安全穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)輪軌使用壽命，改善旅客乘車舒適度，減少列車能源消耗等方面具有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的粘著力矩觀測(cè)器結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的變步長(zhǎng)算法流程圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的飽和限制型控制邏輯示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例不同控制方法下蠕滑率變化對(duì)比圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例主動(dòng)粘著控制下各力矩變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種動(dòng)車組列車安全高效運(yùn)行主動(dòng)粘著控制方法和系統(tǒng)作進(jìn)一步說(shuō)明。

以下是本發(fā)明所述的一種動(dòng)車組列車安全高效運(yùn)行主動(dòng)粘著控制方法和系統(tǒng)的最佳實(shí)例，并不因此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1示出一種動(dòng)車組列車安全高效運(yùn)行主動(dòng)粘著控制方法流程圖，包括以下步驟：

S1、根據(jù)單軸動(dòng)力學(xué)模型和全維狀態(tài)觀測(cè)器原理設(shè)計(jì)粘著力矩觀測(cè)器，用于實(shí)時(shí)估算列車輪軌間的粘著力矩

S2、根據(jù)粘著力矩車體加速度值a和變步長(zhǎng)算法推導(dǎo)計(jì)算出牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim；

S3、根據(jù)牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim和上級(jí)牽引控制系統(tǒng)所給定的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*，設(shè)計(jì)出粘著控制器，協(xié)調(diào)牽引控制和粘著控制。

在本實(shí)施例中，所述步驟S1中，所述單軸動(dòng)力學(xué)模型的動(dòng)力學(xué)方程為：

F_r＝M·(a₀+b₀V+c₀V²)

式中，M表示單軸平均質(zhì)量,J_w表示輪對(duì)平均旋轉(zhuǎn)慣量,N表示單軸軸重,T_m表示電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,r表示車輪半徑,F_a表示輪軌間切向方向的粘著力,T_L表示粘著力矩,ω表示車輪旋轉(zhuǎn)角速度,V表示車體速度,V_w表示車輪輪周速度,a表示車體加速度,μ表示粘著系數(shù),F_r表示列車運(yùn)行阻力,a₀,b₀,c₀表示單位質(zhì)量列車運(yùn)行阻力系數(shù)。

由上式可推出一階狀態(tài)空間表達(dá)式：

令Y＝ω，u＝T_m,C＝[1 0]；上述表達(dá)式改寫(xiě)為：

計(jì)算可得矩陣的秩為2。

根據(jù)系統(tǒng)的可觀性判斷法則，可知上述線性穩(wěn)定系統(tǒng)是完全可觀的，，所述粘著力矩觀測(cè)器的設(shè)計(jì)表達(dá)式為：

其中，反饋矩陣為L(zhǎng)＝[l₁ l₂]^T，通過(guò)合理配置反饋矩陣L,使得系統(tǒng)矩陣A-LC的所有特征值具有負(fù)實(shí)部及所期望的衰減速度，則可實(shí)現(xiàn)狀態(tài)估計(jì)值漸進(jìn)逼近被估計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)X。

作為優(yōu)選的，所述步驟S2中，無(wú)需獲取精確車體速度和輪軌粘著特性的條件下?tīng)恳姍C(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim的推導(dǎo)和計(jì)算：具體包括：

S201、根據(jù)積分的基本性質(zhì)，得引理1：不等式是不等式的充分不必要條件；其中，不等式為列車在牽引加速工況下，保證車輪處在蠕滑狀態(tài)時(shí)，蠕滑率λ必須滿足的條件；

S202、將車體加速度和代入不等式可得其中為粘著力矩觀測(cè)器所估計(jì)的粘著力矩，a為車體加速度計(jì)所測(cè)量得到的車體加速度值；移項(xiàng)化簡(jiǎn)可得：

根據(jù)引理1可推導(dǎo)出上式是不等式成立的充分不必要條件，即若牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T_m在上述不等式所表示的范圍內(nèi)時(shí)，車輪處于蠕滑狀態(tài)，保證車輪不出現(xiàn)空轉(zhuǎn)或打滑現(xiàn)象；

S203、在T_m的取值范圍內(nèi)定義一個(gè)自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩為：

λ_x的值在初始啟動(dòng)階段采用設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)值；當(dāng)列車遭遇“低粘著”條件后，輪軌間粘著力矩T_L產(chǎn)生突降，此時(shí)以粘著力矩觀測(cè)器所估計(jì)的的突降為觸發(fā)條件，強(qiáng)制將λ_x賦值為0，以快速抑制輪對(duì)的空轉(zhuǎn)現(xiàn)象；恢復(fù)穩(wěn)定后，啟動(dòng)變步長(zhǎng)算法：λ_x(i+1)＝λ_x(i)+α，其中更新λ_x的值，當(dāng)不再增加時(shí)，算法自動(dòng)停止工作，此時(shí)實(shí)現(xiàn)低粘著條件下的最大化粘著利用。

作為優(yōu)選的，所述步驟S3中，采用自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim對(duì)牽引控制系統(tǒng)所給定的電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*進(jìn)行動(dòng)態(tài)限制，以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)粘著控制；其飽和限制型控制邏輯關(guān)系如下式所述：

當(dāng)給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*的絕對(duì)值小于自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩值T_lim絕對(duì)值時(shí)，實(shí)際電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T_m等于給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*，滿足牽引控制目標(biāo)要求；當(dāng)給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*絕對(duì)值大于自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩值T_lim絕對(duì)值時(shí)，此時(shí)±T_lim作為T_m的飽和值，限制住T_m，使其等于±T_lim，滿足粘著控制目標(biāo)要求。

圖2示出了一種根據(jù)上述方法進(jìn)行動(dòng)車組列車的主動(dòng)粘著控制系統(tǒng)，包括粘著控制器、數(shù)據(jù)處理模塊；輸入信號(hào)包括輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)、牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)、車體加速度信號(hào)、上級(jí)給定牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)。

在本實(shí)施例中，所述輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)由安裝在輪軸端的車軸轉(zhuǎn)速傳感器輸出，車體加速度信號(hào)由安裝在轉(zhuǎn)向架上的車加速度傳感器輸出，牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)由粘著控制器輸出，上級(jí)給定牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)由列車通信網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)來(lái)。

所述數(shù)據(jù)處理模塊用于通過(guò)反饋回來(lái)的輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)和牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)估計(jì)出實(shí)時(shí)的輪軌間粘著力矩，并通過(guò)估計(jì)出實(shí)時(shí)的輪軌間粘著力矩和車體加速度值，在無(wú)需車體速度和輪軌粘著特性的條件下，實(shí)時(shí)計(jì)算出能夠適應(yīng)當(dāng)前軌面條件的牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩限制值，為粘著控制器提供牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim；

所述粘著控制器通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊中所計(jì)算的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim和上級(jí)牽引控制系統(tǒng)所給定牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*，在一定的控制邏輯下，產(chǎn)生電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的控制指令T_m。

作為優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括粘著力矩觀測(cè)器、變步長(zhǎng)算法模塊(即圖2中的變步長(zhǎng)算法)和自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊(即圖2中的T_lim計(jì)算)；

所述粘著力矩觀測(cè)器用于通過(guò)反饋回來(lái)的輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)和牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)估計(jì)出實(shí)時(shí)的輪軌間粘著力矩，為下一步信號(hào)處理提供可用的粘著力矩值；如圖3所示，圖為粘著力矩觀測(cè)器結(jié)構(gòu)圖，該觀測(cè)器的特征方程為：s²-l₁s+a_kl₂＝0，選擇合理L的取值來(lái)保證特征方程的所有極點(diǎn)均在復(fù)平面的左側(cè)，這樣當(dāng)由于建模誤差或噪聲干擾導(dǎo)致估計(jì)狀態(tài)不等于實(shí)際狀態(tài)X時(shí)，該觀測(cè)器可將誤差通過(guò)矩陣L進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使之以一定的收斂速度和精度趨近于實(shí)際狀態(tài)X，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的觀測(cè)器滿足估計(jì)精確性和實(shí)時(shí)性的要求。

所述變步長(zhǎng)算法模塊和自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊用于根據(jù)估計(jì)出實(shí)時(shí)的輪軌間粘著力矩和車體加速度值，在無(wú)需車體速度和輪軌粘著特性的條件下，實(shí)時(shí)計(jì)算出能夠適應(yīng)當(dāng)前軌面條件的牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩限制值，為粘著控制器提供牽引電機(jī)的自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim。

圖4為變步長(zhǎng)算法流程圖，通過(guò)上述粘著力矩觀測(cè)器檢測(cè)到粘著力矩值發(fā)生突降后，設(shè)置短暫的延時(shí)時(shí)間，使得車輪空轉(zhuǎn)現(xiàn)象被徹底抑制，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定后，啟動(dòng)變步長(zhǎng)算法，變步長(zhǎng)公式λ_x(i+1)＝λ_x(i)+α，其中該步長(zhǎng)α由初始步長(zhǎng)α₀和變步長(zhǎng)組成，初始步長(zhǎng)α₀和變步長(zhǎng)比例常數(shù)k根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定。變步長(zhǎng)可以根據(jù)粘著力變化斜率而改變，當(dāng)粘著力變化大時(shí)變步長(zhǎng)也相應(yīng)增大，以縮短到達(dá)最優(yōu)粘著工作點(diǎn)的時(shí)間，根據(jù)當(dāng)前算法中所更新的λ_x(i+1)＝λ_x(i)+α，相應(yīng)更新自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim的值。當(dāng)檢測(cè)到時(shí)，結(jié)束變步長(zhǎng)算法，不再更新自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim的值，此時(shí)表明系統(tǒng)到達(dá)最優(yōu)粘著工作點(diǎn)。

如圖5所示飽和限制型控制邏輯示意圖。采用自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim對(duì)牽引控制系統(tǒng)所給定的電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*進(jìn)行動(dòng)態(tài)限制，當(dāng)給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*的絕對(duì)值小于當(dāng)前自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩值T_lim絕對(duì)值時(shí)，實(shí)際電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T_m等于給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*，滿足牽引控制目標(biāo)要求；當(dāng)給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*絕對(duì)值大于當(dāng)前自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩值T_lim絕對(duì)值時(shí)，此時(shí)±T_lim作為T_m的飽和值，限制住T_m，使其等于±T_lim，滿足粘著控制目標(biāo)要求，自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim在一定的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)變化時(shí)，若給定電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令值T_m^*大于當(dāng)前自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩值T_lim絕對(duì)值時(shí)，實(shí)際電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T_m也將跟隨自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，此時(shí)系統(tǒng)形成閉環(huán)自動(dòng)控制。

如圖6所示在不同控制方法下蠕滑率變化對(duì)比圖。在t＝2s時(shí)遭遇“低粘著”軌面條件，無(wú)粘著控制條件下，蠕滑率迅速增大到1，這表明車輪發(fā)生了嚴(yán)重的空轉(zhuǎn)；在再粘著控制條件下，蠕滑率在所設(shè)置的閥值影響下，蠕滑率的值在最優(yōu)蠕滑率附近上下跳變，此時(shí)輪對(duì)發(fā)生局部短暫的空轉(zhuǎn)現(xiàn)象；在主動(dòng)粘著控制條件下，蠕滑率平滑穩(wěn)定地逼近最優(yōu)蠕滑率，在t＝2.5s時(shí)達(dá)到最優(yōu)蠕滑率λ＝0.2，并保持不變，這實(shí)現(xiàn)在低粘著條件下，車輪不發(fā)生空轉(zhuǎn)且最大化利用粘著力。

從圖7我們可以看到，在主動(dòng)粘著控制中，在軌道突變?yōu)榈驼持鴹l件下，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩、實(shí)際粘著力矩的變化情況。初始時(shí)為保證列車在普通軌面條件下以恒轉(zhuǎn)矩加速啟動(dòng)，我們根據(jù)恒轉(zhuǎn)矩指令大小對(duì)λ_x設(shè)置一個(gè)初始經(jīng)驗(yàn)值，使得自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim大于電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T_m，此時(shí)粘著力矩穩(wěn)定在加速所需要的值上。在t＝2s時(shí)，軌面條件突變?yōu)椤暗驼持?，此時(shí)粘著力矩產(chǎn)生必然突降，如果牽引電機(jī)輸出力矩仍保持原值，那么車輪將會(huì)馬上出現(xiàn)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在這種情況下，抑制車輪空轉(zhuǎn)的重要性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于追求最大加速。所以當(dāng)檢測(cè)到粘著力矩突降后，馬上令λ_x＝0，則從圖中我們也可看到自適應(yīng)限制轉(zhuǎn)矩T_lim也隨著發(fā)生了大范圍的突降.此時(shí)，車輪的旋轉(zhuǎn)加速度等于車體運(yùn)行加速度，車輪空轉(zhuǎn)現(xiàn)象將被抑制。經(jīng)過(guò)短暫的延時(shí)(0.1s)后，車輪再恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，為了實(shí)現(xiàn)在“低粘著”條件下最大化粘著利用，需在蠕滑范圍內(nèi)，盡可能提高T_lim值以增大被限制的T_m值。我們采用變步長(zhǎng)公式λ_x(i+1)＝λ_x(i)+α，其中逐步增加λ_x，此時(shí)T_lim相應(yīng)增加。在未到達(dá)最大粘著點(diǎn)時(shí)即實(shí)際蠕滑率λ＜λ_opt時(shí)，T_L也會(huì)隨著T_lim的增加而相應(yīng)增加。在t＝2.5s時(shí)，粘著力矩觀測(cè)器檢測(cè)到不再增加時(shí)，變步長(zhǎng)算法自動(dòng)停止工作，此時(shí)輪軌間粘著力達(dá)到了該軌面條件下所能提供的最大值，實(shí)現(xiàn)最大化粘著利用。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。