【摘 要】
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高速铁路是国民经济发展的命脉,它的疾速发展与经济的腾飞密切联系。近年来,我国高铁技术突飞猛进,在运行速度和覆盖区域上都有了很大的提高,但还不足以完全应对当前形势下的挑战。因此,为了能更好地适应高速铁路复杂的运营环境和条件,满足控制精度更高、安全性能更好等要求,对高速列车及其自动驾驶技术展开研究具有重要意义。本文主要研究内容及创新点总结如下:（1）构造高速列车轮轨系统模型。通过对高速列车的驾驶过程进
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高速铁路是国民经济发展的命脉,它的疾速发展与经济的腾飞密切联系。近年来,我国高铁技术突飞猛进,在运行速度和覆盖区域上都有了很大的提高,但还不足以完全应对当前形势下的挑战。因此,为了能更好地适应高速铁路复杂的运营环境和条件,满足控制精度更高、安全性能更好等要求,对高速列车及其自动驾驶技术展开研究具有重要意义。本文主要研究内容及创新点总结如下:（1）构造高速列车轮轨系统模型。通过对高速列车的驾驶过程进行受力分析,明确列车运行过程中所受到的各项控制力;为避免空转、打滑现象危及列车的安全运行,对轮轨间黏着现象展开了介绍;根据黏着理论、齿轮传动理论以及利用牛顿定律对列车进行受力分析,构造了更合理的高速列车轮轨系统模型,为进一步有关于高速列车控制方法的研究提供了参考。（2）基于高速列车轮轨模型设计改进型自抗扰控制器。描述了自抗扰控制技术（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）的基本原理及各组成单元,设计了一种ADRC控制器对列车轮轨模型进行速度跟踪控制;利用非线性光滑函数——类双曲正切函数,对简单的基于非线性函数的ADRC算法进行了改进;通过与PID控制器和ADRC控制器进行速度跟踪对比,验证了本文所设计的改进型ADRC控制器能够对列车轮轨系统模型内部各不确定项以及外界各扰动进行观测和补偿,抗干扰能力强,实现了跟踪目标速度曲线的目的,控制效果较好。（3）基于高速列车轮轨模型设计自抗扰滑模控制器并对其进行改进。描述了滑模控制算法（Sliding Mode Control,SMC）的原理,设计了一种SM-ADRC控制器对列车轮轨模型进行速度跟踪控制;为改善滑模算法的抖振问题,由饱和函数来取代原控制器中的符号函数,提出了一种改进型SM-ADRC控制器;由速度跟踪实验对比了滑模控制器、SM-ADRC控制器和改进型SM-ADRC控制器的控制结果,验证了该控制器在具有强抗干扰能力的同时控制转矩输出平稳,抖振问题得以改善,且鲁棒性强。本文通过研究高速列车的驾驶过程以及轮轨间的黏着特性,构造了列车轮轨系统的动力学模型,设计了一种改进型ADRC控制器以及改进型SM-ADRC控制器控制列车跟踪目标速度曲线,根据跟踪结果印证了本文所设计控制器的有效性。
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