基于終端滑模的制動(dòng)缸自抗擾控制研究

西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710026

1 引言

在現(xiàn)代電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)中，普遍采用DK-1型、CCBII型等電空制動(dòng)機(jī)。其基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要采摩擦制動(dòng)進(jìn)行直接接觸的方式，依靠黏著增進(jìn)閘瓦與輪對踏面之間的摩擦力形成制動(dòng)力將動(dòng)能熱散逸[1]。在實(shí)際制動(dòng)系統(tǒng)中，在制動(dòng)狀態(tài)下，制動(dòng)管內(nèi)壓力氣體迅速排向大氣，副風(fēng)缸內(nèi)的壓力氣體推動(dòng)三通分配閥移動(dòng)，而使得副風(fēng)缸與制動(dòng)缸連通，推動(dòng)制動(dòng)缸活塞桿及閘瓦向輪對移動(dòng)，抱緊車輪以能耗的方式實(shí)現(xiàn)初制動(dòng)。

制動(dòng)管壓力氣體流制動(dòng)管路及接頭處會產(chǎn)生流程阻力和局部阻力，其中流程阻力會在流體和管道接觸表面形成粘滯，阻礙氣體的流速；局部阻力會以孔口節(jié)流的形式使得局部壓力場分布不均，產(chǎn)生局部損失壓差，導(dǎo)致氣體壓力波動(dòng)。這兩種因素均會使得流出管路的氣體壓力發(fā)生變化，成為波動(dòng)干擾。

在實(shí)際制動(dòng)中，一些參數(shù)會因外界條件變化而發(fā)生變化(如高溫下空氣的密度會發(fā)生變化等)；此外，制動(dòng)缸內(nèi)壁與活塞的接觸面配合度缺陷，高、低氣壓容積腔室之間縫隙處存在漏損流量。為抑制和消除上述參數(shù)漂移和內(nèi)泄漏所帶來的不利影響，且考慮常規(guī)控制器抗干擾性和抗參數(shù)攝動(dòng)能力在精確控制時(shí)動(dòng)態(tài)性能欠佳，而終端滑?？刂破麽槍ν獠扛蓴_、模型特性和內(nèi)部參數(shù)變化而設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具有抗擾動(dòng)能力強(qiáng)、魯棒性佳等特點(diǎn)[2-3]。因此，本文設(shè)計(jì)了一種終端滑模的制動(dòng)缸自抗擾控制器，將其作為位置閉環(huán)的控制器；可實(shí)現(xiàn)在制動(dòng)缸氣壓存在較大波動(dòng)及參數(shù)存在擾動(dòng)的情況下，對指令輸入的實(shí)現(xiàn)無偏跟蹤制動(dòng)缸自抗擾控制，并有效抑制控制量過零跳變，對參數(shù)變化漂移具有較強(qiáng)可控性。仿真結(jié)果表明：經(jīng)算法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的閘瓦位置控制系統(tǒng)快速自動(dòng)響應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)對輸入量的無偏差跟蹤；擬制制動(dòng)時(shí)負(fù)載擾動(dòng)和參數(shù)變化，控制性較強(qiáng)。

2 機(jī)車制動(dòng)缸終端滑模自抗干擾控制器設(shè)計(jì)

制動(dòng)缸等效氣動(dòng)數(shù)學(xué)模型如下[4]：

3 仿真結(jié)果及分析

車輛在制動(dòng)狀態(tài)下，均衡風(fēng)缸通過雙閥口式中繼閥主活塞控制制動(dòng)管減壓量，制動(dòng)管迅速向大氣排風(fēng)。制動(dòng)管減壓時(shí)，使得副風(fēng)缸向制動(dòng)缸充風(fēng)，活塞移動(dòng)推動(dòng)活塞桿及帶動(dòng)閘瓦托和閘瓦壓緊輪對，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)作用。

綜上所述，制動(dòng)缸閘瓦位置控制器具備較強(qiáng)跟蹤控制性，可實(shí)現(xiàn)在制動(dòng)缸氣壓存在較大波動(dòng)及參數(shù)存在擾動(dòng)的情況下，對指令輸入的實(shí)現(xiàn)無偏跟蹤制動(dòng)缸自抗擾控制。

4 結(jié)論

由仿真結(jié)果知，位置控制器在受到外界較大壓力擾動(dòng)和系統(tǒng)內(nèi)部存在參數(shù)時(shí)變攝動(dòng)的情況下，具有良好的動(dòng)態(tài)特性和擾動(dòng)抑制特性，對輸入指令的動(dòng)態(tài)跟蹤性能控制性較強(qiáng)。