基于终端滑模的制动缸自抗扰控制研究

西安铁路职业技术学院 陕西 西安 710026

1 引言

在现代电力机车制动系统中，普遍采用DK-1型、CCBII型等电空制动机。其基础制动装置主要采摩擦制动进行直接接触的方式，依靠黏着增进闸瓦与轮对踏面之间的摩擦力形成制动力将动能热散逸[1]。在实际制动系统中，在制动状态下，制动管内压力气体迅速排向大气，副风缸内的压力气体推动三通分配阀移动，而使得副风缸与制动缸连通，推动制动缸活塞杆及闸瓦向轮对移动，抱紧车轮以能耗的方式实现初制动。

制动管压力气体流制动管路及接头处会产生流程阻力和局部阻力，其中流程阻力会在流体和管道接触表面形成粘滞，阻碍气体的流速；局部阻力会以孔口节流的形式使得局部压力场分布不均，产生局部损失压差，导致气体压力波动。这两种因素均会使得流出管路的气体压力发生变化，成为波动干扰。

在实际制动中，一些参数会因外界条件变化而发生变化(如高温下空气的密度会发生变化等)；此外，制动缸内壁与活塞的接触面配合度缺陷，高、低气压容积腔室之间缝隙处存在漏损流量。为抑制和消除上述参数漂移和内泄漏所带来的不利影响，且考虑常规控制器抗干扰性和抗参数摄动能力在精确控制时动态性能欠佳，而终端滑模控制器针对外部干扰、模型特性和内部参数变化而设计与实现，具有抗扰动能力强、鲁棒性佳等特点[2-3]。因此，本文设计了一种终端滑模的制动缸自抗扰控制器，将其作为位置闭环的控制器；可实现在制动缸气压存在较大波动及参数存在扰动的情况下，对指令输入的实现无偏跟踪制动缸自抗扰控制，并有效抑制控制量过零跳变，对参数变化漂移具有较强可控性。仿真结果表明：经算法和结构优化的闸瓦位置控制系统快速自动响应，可实现对输入量的无偏差跟踪；拟制制动时负载扰动和参数变化，控制性较强。

2 机车制动缸终端滑模自抗干扰控制器设计

制动缸等效气动数学模型如下[4]：

3 仿真结果及分析

车辆在制动状态下，均衡风缸通过双阀口式中继阀主活塞控制制动管减压量，制动管迅速向大气排风。制动管减压时，使得副风缸向制动缸充风，活塞移动推动活塞杆及带动闸瓦托和闸瓦压紧轮对，实现制动作用。

综上所述，制动缸闸瓦位置控制器具备较强跟踪控制性，可实现在制动缸气压存在较大波动及参数存在扰动的情况下，对指令输入的实现无偏跟踪制动缸自抗扰控制。

4 结论

由仿真结果知，位置控制器在受到外界较大压力扰动和系统内部存在参数时变摄动的情况下，具有良好的动态特性和扰动抑制特性，对输入指令的动态跟踪性能控制性较强。