- 頭條中鐵二院的研究人員提出基于滑模控制的高速受電弓主動控制方法2022-07-09 作者：劉濤, 魯小兵, 張佳怡 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語受電弓與接觸網的滑動接觸是目前高速鐵路電力機車的主要取流方式。為保證受電弓-接觸網（弓網）系統的接觸穩定性，對高速受電弓實施有效的主動控制是提高弓網受流質量的一種潛在措施。 中鐵二院工程集團有限責任公司的研究人員建立了具有剛度、質量參數時變特征的非線性接觸網模型，以準確模擬高速列車運行過程中的隨機擾動。在模型基礎上，采用滑模控制算法進行高速受電弓的主動控制，并引入擾動補償策略以降低弓網接觸力在隨機擾動影響下的波動程度。仿真結果顯示，所提基于滑模控制的高速受電弓主動控制方法可有效降低接觸力波動，減少弓網離線率。
作者介紹
劉濤
劉濤，高級工程師，主要研究方向為高速鐵路弓網系統動力學分析與參數優化。
魯小兵
魯小兵，博士，高級工程師，主要研究方向為高速鐵路弓網系統建模與受電弓主動控制。
張佳怡
張佳怡，工程師，主要研究方向為高速鐵路弓網系統優化與參數匹配。
研究背景
高速鐵路電力機車主要依賴安裝在機車頂部的受電弓與架空接觸網滑動接觸實現持續取流。受電弓與接觸網的接觸穩定性直接影響電力機車的供電安全。一方面，弓網接觸力過大會造成受電弓滑板、接觸線磨耗加劇，造成高速鐵路運營成本上升，并引起安全隱患；另一方面，弓網接觸力過小則會造成弓網接觸不良，引起電弧擊穿，產生拉弧現象，引起電力機車供電質量不穩定，嚴重時可造成機車供電中斷。
圖1 高速鐵路弓網系統示意圖
論文所解決的問題及意義
受電弓主動控制是指基于現代控制理論，結合自動化技術對受電弓實施外加激勵，從而有效降低弓網接觸力的波動幅度，保證弓網之間的持續、良好接觸。本文解決了高速受電弓運行過程中隨機擾動所造成的弓網接觸力失穩問題，為提供弓網受流質量提供了重要參考。
圖2 高速受電弓滑模控制效果
圖3 弓網接觸力對比
論文方法及創新點
本文構建了考慮隨機擾動的弓網模型。在模型基礎上，提出了基于滑模控制理論的高速受電弓主動控制策略，并結合離散擾動控制器以降低隨機擾動對弓網接觸力的影響。所提出的控制策略可有效降低高速鐵路弓網接觸力的波動幅度和離線率，對于保障動車組供電安全具有十分積極的作用。
結論
本文針對高速鐵路運行過程中受電弓受到隨機擾動影響引起弓網接觸失穩現象，提出了采用考慮隨機擾動的滑模控制策略對高速受電弓進行主動控制，以保證受電弓與接觸網之間的穩定接觸。
研究結果表明：本文所提出的考慮隨機擾動的高速受電弓主動控制器可在不同工況下取得較好的弓網控制效果。特別是在考慮高斯白噪聲與接觸線不平順所造成的受電弓隨機擾動時，弓網接觸力均可保持較小的波動與較低的離線率，對于保障高速鐵路動車組供電安全與穩定性具有十分重要的作用。
引用本文
劉濤, 魯小兵, 張佳怡. 考慮隨機擾動的高速鐵路弓網系統滑模控制研究[J]. 電氣技術, 2022, 23(3): 57-62. LIU Tao, LU Xiaobing, ZHANG Jiayi. Study on the pantograph active control based on the slide mode control method considering the stochastic disturbance. Electrical Engineering, 2022, 23(3): 57-62.
