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基于模糊PID软切换的列车自动驾驶系统控制算法及仿真研究

作　者: 高冰
导　师: 董海荣
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 列车自动驾驶(ATO)系统 调速系统 PID控制 模糊控制 软切换 自调整 双线性插值
分类号: TP273.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 257次
引　用: 2次
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内容摘要


大城市人口密度的逐渐增大以及城市交通问题的日趋严峻,迫切需要建设高效率的城市轨道交通系统,目前,伴随着轨道交通的发展,列车自动驾驶(ATO,Automatic Train Operation)系统已能够代替司机来完成列车的自动驾驶工作,所以,提高ATO控制系统性能成为了关键所在,而ATO控制系统中最重要的功能就是调速,因此,本文基于ATO控制系统停车普遍采取的一级调速制动,利用先进的控制算法用以提高ATO控制系统调速的精确性、快速性以及舒适性。本文首先介绍了ATO系统的研究背景,分析了国内外ATO控制系统控制算法的研究现状,并介绍了本文的主要研究工作。接着对ATO控制系统的理论知识、列车牵引特性以及制动力分别进行了介绍,以他激牵引电机的调速系统为例,结合试验性数据研究了被控系统的数学模型。在SIMULINK环境下分别对PID与模糊控制的ATO调速系统进行了仿真研究。通过对比分析,PID在控制精度上优于模糊控制,而模糊控制则在快速性以及鲁棒性上有着自己的优越性。为了实现两种控制算法的优势互补,针对ATO控制系统提出了模糊PID的切换控制方法。由于基于阀值的切换控制易产生扰动,同时不利于调速的舒适性,本文基于模糊推理控制两种控制器的强度切换,对模糊PID软切换控制进行研究。通过仿真以及坡道的干扰性分析,软切换控制在ATO控制系统调速的准确性、快速性以及舒适性上优于其它控制算法。最后对P-Fuzzy-PID多模型软切换控制的ATO调速系统进行了仿真研究。最后基于模糊PID软切换控制对ATO控制系统进行了自适应性设计与算法优化研究。首先对隶属度函数形状进行了优化,以提高快速性与准确性;然后对模糊控制器的量化因子以及比例因子进行了在线自调整设计以增强调速系统自适应能力;接着利用模糊推理对PID参数进行了模糊自整定的设计与仿真;最后将双线性插值算法引入到模糊推理查询当中,无穷细化了模糊规则,消除了系统输出的振颤。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 研究现状  12-14
  1.3 本文的主要框架  14-15
2 列车自动驾驶控制系统  15-26
  2.1 列车自动驾驶控制系统概述  15-18
  2.2 列车运行模型  18-22
  2.3 仿真工具  22-25
  2.4 本章小结  25-26
3 列车自动驾驶系统控制算法的研究  26-37
  3.1 现有的ATO控制系统算法  26-29
  3.2 ATO系统调速制动的PID与模糊控制仿真  29-34
    3.2.1 ATO系统调速制动的PID控制仿真  29-31
    3.2.2 ATO系统调速制动的模糊控制仿真  31-34
  3.3 控制算法仿真分析  34-36
  3.4 本章小结  36-37
4 基于模糊PID软切换控制的ATO调速系统  37-47
  4.1 模糊PID软切换控制的分析与设计  37-39
    4.1.1 基于阀值的模糊PID切换控制的仿真  37-38
    4.1.2 模糊PID软切换控制的设计  38-39
  4.2 模糊PID软切换控制及其在ATO调速系统中的仿真研究  39-43
    4.2.1 ATO系统调速制动的模糊PID软切换控制仿真  39-42
    4.2.2 抗干扰能力分析  42-43
  4.3 ATO系统调速制动的多模型切换控制  43-46
    4.3.1 P-Fuzzy-PID切换控制  43-44
    4.3.2 仿真研究  44-46
  4.4 本章小结  46-47
5 列车自动驾驶调速系统的自适应设计与算法优化  47-66
  5.1 隶属度函数的优化  47-48
  5.2 量化因子和比例因子的自调整  48-56
    5.2.1 量化因子和比例因子的自调整分析  49-51
    5.2.2 调速系统自调整因子的优化设计  51-56
  5.3 PID控制器自调整的分析与设计  56-62
    5.3.1 PID参数自调整的分析  56-58
    5.3.2 模糊PID自调整的设计与仿真  58-62
  5.4 模糊推理查询在线插值的优化  62-65
    5.4.1 模糊系统在线插值算法  62-64
    5.4.2 在线插值算法的仿真实现  64-65
  5.5 本章小结  65-66
6 总结与展望  66-67
参考文献  67-69
作者简历  69-71
学位论文数据集  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 模糊控制、模糊控制系统
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