基于終端滑模的制動缸自抗擾控制研究

西安鐵路職業技術學院 陜西 西安 710026

1 引言

在現代電力機車制動系統中，普遍采用DK-1型、CCBII型等電空制動機。其基礎制動裝置主要采摩擦制動進行直接接觸的方式，依靠黏著增進閘瓦與輪對踏面之間的摩擦力形成制動力將動能熱散逸[1]。在實際制動系統中，在制動狀態下，制動管內壓力氣體迅速排向大氣，副風缸內的壓力氣體推動三通分配閥移動，而使得副風缸與制動缸連通，推動制動缸活塞桿及閘瓦向輪對移動，抱緊車輪以能耗的方式實現初制動。

制動管壓力氣體流制動管路及接頭處會產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流的形式使得局部壓力場分布不均，產生局部損失壓差，導致氣體壓力波動。這兩種因素均會使得流出管路的氣體壓力發生變化，成為波動干擾。

在實際制動中，一些參數會因外界條件變化而發生變化(如高溫下空氣的密度會發生變化等)；此外，制動缸內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漂移和內泄漏所帶來的不利影響，且考慮常規控制器抗干擾性和抗參數攝動能力在精確控制時動態性能欠佳，而終端滑模控制器針對外部干擾、模型特性和內部參數變化而設計與實現，具有抗擾動能力強、魯棒性佳等特點[2-3]。因此，本文設計了一種終端滑模的制動缸自抗擾控制器，將其作為位置閉環的控制器；可實現在制動缸氣壓存在較大波動及參數存在擾動的情況下，對指令輸入的實現無偏跟蹤制動缸自抗擾控制，并有效抑制控制量過零跳變，對參數變化漂移具有較強可控性。仿真結果表明：經算法和結構優化的閘瓦位置控制系統快速自動響應，可實現對輸入量的無偏差跟蹤；擬制制動時負載擾動和參數變化，控制性較強。

2 機車制動缸終端滑模自抗干擾控制器設計

制動缸等效氣動數學模型如下[4]：

3 仿真結果及分析

車輛在制動狀態下，均衡風缸通過雙閥口式中繼閥主活塞控制制動管減壓量，制動管迅速向大氣排風。制動管減壓時，使得副風缸向制動缸充風，活塞移動推動活塞桿及帶動閘瓦托和閘瓦壓緊輪對，實現制動作用。

綜上所述，制動缸閘瓦位置控制器具備較強跟蹤控制性，可實現在制動缸氣壓存在較大波動及參數存在擾動的情況下，對指令輸入的實現無偏跟蹤制動缸自抗擾控制。

4 結論

由仿真結果知，位置控制器在受到外界較大壓力擾動和系統內部存在參數時變攝動的情況下，具有良好的動態特性和擾動抑制特性，對輸入指令的動態跟蹤性能控制性較強。