戈萌 宋琦 胡鑫睿

列车自动运行系统(Automatic train operation,ATO)能否产生可靠的牵引与制动控制信号是高速列车安全可靠运行的关键问题之一,即需要针对ATO 系统,建立可靠的牵引与制动控制算法[1].而高速列车运行过程中的运行阻力,未知的车间力,不可预测的执行器故障以及复杂的运行环境[2],使得高速列车系统具有高度的不确定性和非线性.因此,开展高速列车牵引与制动控制算法的研究变得更加重要且更具挑战性.

目前已有学者针对高速列车上述部分特性建立了牵引与制动控制算法(如:H∞控制[3]、反步控制[4]等)以实现稳定的位移与速度跟踪控制,但很大部分研究成果多将研究重点放在系统的稳态性能上,即证明高速列车速度与位移跟踪控制系统是Lyapunov渐进稳定的,这意味着该闭环系统最快的收敛速度是无限时间内的指数收敛,从而限制了系统获得更好的收敛性能[5].为适应实际应用的需要,有限时间稳定性(Finite-time stability,FTS)应运而生.有限时间稳定性指在某一个固定的时间区间内系统的状态轨迹不会超过预先设定的界限,即着重于固定时间间隔内系统的性能指标和状态轨迹,并强调系统响应的瞬态行为[6].近年来,针对大多数实际系统,基于Lyapunov 的有限时间控制算法因其可处理外界扰动和稳定时间可调等优点而得到广泛应用.例如,文献[7] 提出了一种快速终端滑模(Fast terminal sliding mode,FTSM)控制算法,利用切换函数消除了奇异性问题并实现了飞行器姿态的有限时间跟踪……