[发明专利]一种重载机车滑模极值搜索最优粘着控制系统及方法

权利要求书

1.一种重载机车滑模极值搜索最优粘着控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设计超螺旋滑模控制器，输出控制转矩T_m

式中，J_m为电机转动惯量，R_g为轮传动比，J为轮对转动惯量，F_μ为牵引电机产生的牵引力，M为重载机车整车重量，F_d为运行阻力，为最佳蠕滑速度微分值，γ₁、γ₂为控制器待设计参数，σ为设计滑模面；

步骤2，由输出控制转矩T_m、负载转矩和粘着观测器计算的反馈转矩信号做差输入到控制器；

步骤3，坐标变换单元根据信号采集单元的输出信号u_ab、u_bc、i_ab、i_bc输出dq轴电流i_d、i_q；

步骤4，负载转矩和粘着系数观测器根据dq轴电流i_d、i_q，轮对速度v_d，计算输出反馈转矩信号形成电机转矩的动态闭环控制；

步骤5，滑模极值搜索单元根据粘着系数观测值轮对速度v_d、车体速度v_t，输出机车最佳蠕滑速度

步骤6，微分跟踪器根据最佳蠕滑速度计算输出最佳蠕滑速度微分值

步骤7，根据控制器输出αβ电压信号u_α、u_β，产生三相占空比可调的SVPWM调制波，SVPWM输出信号作为三相桥式逆变电路的开关通断控制信号。

2.根据权利要求1所述重载机车滑模极值搜索最优粘着控制方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：

步骤4.1，设计负载转矩全维状态观测器，满足：

计算可得其中，ω_m为电机角速度，W重载机车轴重，g为重力加速度；

步骤4.2，由反馈转矩信号计算粘着系数

3.根据权利要求1所述重载机车滑模极值搜索最优粘着控制方法，其特征在于，所述步骤5的具体过程为：

步骤5.1，给定常数p，定义滑模面s(t)＝μ(v_s)-g(t)，其中g(t)为参考函数，μ(v_s)为输出粘着系数；

步骤5.2，最佳蠕滑速度一阶导数定义为其中k、β为设计常数；

步骤5.3，根据最佳蠕滑速度最佳蠕滑速度微分轮对速度v_d、车体速度v_t，设计控制律

步骤5.4，由控制转矩T_m控制机车模型，输出粘着系数y＝μ(v_s)，输出函数y随着g(t)的变化而变化，从而使系统输入蠕滑速度v_s向极值点运动，最后收敛到极值点的一个邻域内。

4.一种重载机车滑模极值搜索最优粘着控制系统，其特征在于，采用权利要求1-3项任一所述的重载机车滑模极值搜索最优粘着控制方法，包括重载机车粘着控制模块；所述重载机车粘着控制模块包括超螺旋滑模控制器、微分跟踪器、负载转矩和粘着系数观测器、滑模极值搜索单元；负载转矩和粘着系数观测器输出端与滑模极值搜索单元输入端连接；微分跟踪器输出端与超螺旋滑模控制器输入端连接；

其中，超螺旋滑模控制器，根据司机手柄转矩给定、最佳蠕滑速度给定值、最佳蠕滑速度给微分信号、轮对速度、车体速度、粘着系数观测值获取控制转矩；

负载转矩和粘着系数观测器，根据坐标变换输入的电流信号负载和粘着系数观测器根据坐标变换输入的电流信号、轮对速度，计算输出牵引电负载转矩信号，控制转矩和牵引电负载转矩做差输入到控制器。

5.根据权利要求4所述重载机车滑模极值搜索最优粘着控制系统，其中所述的超螺旋滑模控制器，滑模极值搜索单元输出端和微分跟踪器连接；分跟踪器输出端与超螺旋滑模控制器连接。

6.根据权利要求4所述重载机车滑模极值搜索最优粘着控制系统，其中所述的负载转矩和粘着系数观测器包括牵引电机转矩计算单元、速度传感器和电机位置观测单元、负载转矩观测器、粘着系数观测器；牵引电机转矩计算单元、速度传感器和电机位置观测单元输出端和负载转矩计算单元连接；载转矩观测器输出端和粘着系数观测器连接。