城轨列车自动驾驶积分反步线性自抗扰控制

摘要

针对列车在外部干扰和不确定动态下的速度控制问题，设计了融合积分反步法和线性自抗扰的复合控制方案.首先，考虑列车具有强耦合性，为了更加符合列车真实的纵向动力学特性和受力情况，建立了具有时变系数的多质点模型.其次，为了降低参数调节的难度，跟踪微分器和扩张状态观测器均采用线性形式.跟踪微分器用于求取微分信号，同时具有滤波作用.利用跟踪微分器对虚拟控制量进行求导，正好可解决反步法中存在的“微分爆炸”问题.扩张状态观测器用于实时估计总和扰动.此外，利用积分反步法改进了误差反馈控制律，设计了一种积分反步线性自抗扰控制（IBS-LADRC）算法.最后，证明了观测误差的收敛性及闭环系统稳定性.结合杭州地铁6号线AH型动车组参数和实际线路数据进行仿真，并将IBSLADRC与反步法、线性自抗扰算法、PID控制进行对比，结果表明：IBS-LADRC方法下各动力单元速度误差均处在±0.04 km/h以内，加速度处在±1 m/s2以内，加速度和速度误差均变化较平稳；车钩力相对其他3类方法最小，变化也最平缓，最大车钩力仅为2 320 N；本文控制策略对列车期望速度具有较高的跟踪精度，有利于保证车钩安全，防止车钩断裂，并提高列车运行的安全性、平稳性及乘客舒适度.

关键词

自动驾驶 / 线性自抗扰 / 积分反步 / 城轨列车 / 多质点模型