編碼器選上海秉銘工控值的DBS60E-THFJD1024高速鐵路和地鐵車輛的運營里程的迅速增加,軌道車輛服役保障的問題現已得到了社會各界的廣泛關注。傳統以調車機車牽引等方式為主的調車作業存在靈活性差的問題,柴油牽引的公鐵兩用車所排放的大量尾氣又對環境造成一定的影響。而純電力驅動的公鐵兩用車既能靈活地實現列車的無動力牽引,又不會對環境造成的危害,是未來軌道車輛服役保障車輛的發展方向之一。機動性的要求使得純電動公鐵兩用車在狹小的空間內要實現原地轉向、對角線行駛等運行模式,若轉向系統無法完成高精度的控制,將難以實現將轉向中心控制在一點,極易出現側傾的情況。因此,純電動公鐵兩用車的多電機協同控制問題亟待解決。本文的主要研究內容如下:本文首先以純電動四輪驅動四輪轉向(4D4S:four drive four steering)公鐵兩用車為研究對象,分析其工作原理和車輛特性,設計了電氣控制系統,并構建了永磁同步電機的數學模型和轉向系統的運動學方程。轉角協同補償器,構建了基于轉角控制的改進型偏差耦合控制拓撲結構,可使公鐵兩用車轉向系統的控制更穩定,但為了提高系統的控制精度和動態特性,因此引入了智能控制算法。PID控制算法的穩態性能較好,而模糊PID控制算法的響應快。為了解決模糊PID算法在高精度控制場合中穩態精度有限的缺陷,本文提出了基于轉角控制的非奇異滑模算法以降低系統的穩態誤差,并引入了超扭曲算法解決了抖振的問題。針對以上研究的三類控制算法,通過MATLAB/Simulink平臺對多電機協同控制模型進行模擬仿真。仿真研究結果表明,三種控制算法均能很好的實現多電機的協同控制,而超扭曲非奇異滑模控制算法在控制精度、信號響應和跟隨性等控制性能均好于其他兩種算法。后,將算法應用到了公鐵兩用車上,并進行了一系列的測試。試驗分析結果表明:本研究設計的公鐵兩用車能實現要求的轉向,對角線行駛和原地旋轉行駛。同時,超扭曲非奇異滑模控制算法可很好地實現轉向系統多電機的協同控制,并提高了系統的響應速度和穩態特性。

 編碼器選上海秉銘工控值的DBS60E-THFJD1024針對磁電編碼器角度值易受到高頻噪聲影響,影響角度值輸出精度問題,提出了一種基于卡爾曼濾波器及運動狀態方程角度值誤差主動監督補償方法。為了降低角度值觀測噪聲,采用基于運動學狀態方程角度值觀測方法,有效抑制了磁電編碼器角度值觀測噪聲;提出了基于神經元角度值誤差自適應補償方法,實現了角度值誤差觀測的自適應收斂過程。針對角度值誤差收斂速度緩慢問題,采用基于卡爾曼濾波器角度值誤差主動監督補償方法,調節誤差補償系數進而提高角度值觀測誤差的收斂速度,經過實驗證明所提方法的有效性,在角度值過零點位置的大角度跳變工作位置,采用跟蹤性能較好的狀態誤差調節系數保證了角度值跟蹤的一致性。