一种基于钩缓约束条件下的高速列车跟踪控制方法及系统

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1.一种基于钩缓约束条件下的高速列车跟踪控制方法，其特征在于，包括：基于高速列车的内耦合作用力，构建高速列车的非线性多质点动力学模型；根据位移跟踪误差、速度跟踪误差和控制输入误差，对所述非线性多质点动力学模型进行线性化，得到高速列车平衡状态下具有耦合器位移的动力学方程；所述具有耦合器位移的动力学方程满足预设的钩缓约束条件；基于高速列车执行器故障，将高速列车平衡状态下具有耦合器位移的动力学方程转换为带有执行器部分故障的列车空间状态方程；建立具有状态空间形式的干扰观测器，所述干扰观测器用于估计并衰减高速列车在运行过程中受到的未知扰动；基于所述干扰观测器，构建输入补偿控制器；根据所述列车空间状态方程、所述干扰观测器和所述输入补偿控制器，确定复合控制器；采用所述复合控制器对所述高速列车进行跟踪控制；其中，根据位移跟踪误差、速度跟踪误差和控制输入误差，对所述非线性多质点动力学模型进行线性化，得到高速列车平衡状态下具有耦合器位移的动力学方程具体包括：定义位移跟踪误差变量、速度跟踪误差变量和控制输入误差变量，对列车非线性模型进行线性化，得到列车平衡状态下具有耦合器位移的动力学方程；耦合器位移表示如下：
；其中，为t时刻第/>节与第/>节车厢之间的耦合器位移；/>，表示耦合器未发生形变前的原始长度，/>表示一节车厢的固定长度，/>表示第i节车厢t时刻的位移，/>表示第i+1节车厢t时刻的位移，l是车厢固定长度；高速列车的速度达到平衡状态时具有期望速度：；期望加速度：；位移误差变量：；速度误差变量：；控制误差变量：；其中，、/>和/>分别表示t时刻第1节、第2节和第n节车厢的期望速度，即/>表示t时刻第i节车厢的期望速度，/>为期望速度；/>、/>和/>分别表示t时刻第1节、第2节和第n节车厢的期望加速度，/>表示t时刻第i节车厢的速度误差，/>表示t时刻第i节车厢的控制误差，/>表示t时刻第i节车厢的期望控制量，/>表示期望位移，/>表示第i节车厢前的列车车身总长度；高速列车平衡状态下具有耦合器位移的动力学方程表示为：
；其中，为第1节车厢t时刻的位移误差，/>为/>的导数，/>为第1节车厢t时刻的速度误差，/>为第2节车厢t时刻的速度误差，/>为t时刻第1节与第2节车厢之间的耦合器位移，/>为/>的导数，/>为第j节车厢t时刻的速度误差，/>为第j-1节车厢t时刻的速度误差，/>为t时刻第j-1节与第j节车厢之间的耦合器位移，/>为第1节车厢t时刻的控制输入误差，/>表示期望速度，/>为第/>节车厢t时刻的加速度误差，/>为第/>节车厢t时刻的位移误差，/>为第/>节车厢t时刻的速度误差，/>为第/>节车厢t时刻的速度误差，为第/>节车厢t时刻的速度误差，/>为第/>节车厢t时刻的控制输入误差，/>为第n节车厢t时刻的加速度误差，/>为第n节车厢t时刻的控制输入误差，/>为第n节车厢t时刻的速度误差，/>为第n-1节车厢t时刻的速度误差；/>为t时刻第/>节与第/>节车厢之间的耦合器位移，/>为t时刻第i-1节与第i节车厢之间的耦合器位移，/>为的导数，/>为t时刻第n-1节与第n节车厢之间的耦合器位移；/>和/>均是Davis系数，/>为弹性耦合系数，/>为阻尼耦合系数，/>是第1节车厢的质量，/>是第i节车厢的质量，/>是第n节车厢的质量，/>为第1节车厢t时刻的未知集总扰动，/>为第i节车厢t时刻的未知集总扰动，/>为第n节车厢t时刻的未知集总扰动，n为高速列车的车厢数量；所述预设的钩缓约束条件：
；其中，表示t时刻第/>节车厢与第/>车厢间耦合器位移的欧式范数；/>表示耦合器被拉伸或压缩的最大幅值；考虑列车执行器故障，建立带有执行器部分故障的列车空间状态方程，带有执行器部分故障的列车空间状态方程表示为：
；其中，，/>为高速列车t时刻的系统状态变量，/>>的导数，/>，/>为高速列车t时刻的控制输入，/>，/>，/>为执行器的失效矩阵，/>表示执行器1的健康因子，/>表示执行器2的健康因子，/>表示执行器n的健康因子，/>表示执行器i(i=1, 2, …, n)的健康因子，满足/>，当/>时表示第/>节车厢的执行器没有出现故障，/>表示健康因子最小值，A表示系统矩阵，/>表示输入矩阵，B表示扰动的系数矩阵，/>表示t时刻整个高速列车的未知集总扰动，/>；
，/>；其中，；
；
；
；其中，为/>维的零矩阵，/>、/>、/>和/>均为中间参数矩阵；所述干扰观测器表示为：
；其中，为t时刻未知集总扰动/>的估计值，/>是t时刻干扰观测器内部状态；/>是干扰观测器的增益矩阵；定义干扰观测器估计误差：/>&其中，表示t时刻干扰观测器的估计误差；所述输入补偿控制器表示为：
&其中，表示t时刻的输入补偿控制信号，k为常数，T表示一个大于零的时延，t表示高速列车系统的开始时间；&所述复合控制器表示为：
&其中，为t时刻的复合控制信号，/>是t时刻为了保持系统的镇定而设计的状态反馈控制，K为增益矩阵。 更多数据：