随着列车运行速度的不断提高,列车运行环境急剧恶化,高速列车对外界未知的干扰也更加敏感,列车动力学行为更多表现出非线性,模型参数时变性甚至不确定等特点,导致实际中难以建立高速列车的精确动力学模型。高速列车制动控制器的设计对其模型的依赖程度很高,模型参数的时变性、不确定性以及随机干扰等因素,导致难以确定列车精确动力学模型。本文建立高速列车的特征模型,在二次型最优控制性能指标的约束下设计针对高速列车特征模型的最优PID控制器。高速列车的建模和控制器的设计过程主要包括:(1)针对高速列车动力学模型的非线性、参数时变甚至不确定等特点,先分析高速列车的制动系统。包括对其制动系统的组成、制动方式、制动减速度曲线和制动力的来源。建立高速列车的单质点模型,以单质点模型为基础分析高速列车的高阶模型。(2)分析高速列车的高阶模型,在整个制动区间上建立其特征模型,将高速列车的高阶模型用一个二阶慢时变差分方程代替,以便于控制器的设计。针对二阶慢时变差分方程中参数的时变性特点,用系统辨识的方法来确定,即用现场采集的数据,利用带遗忘因子的最小二乘辨识算法对时变参数进行辨识。另外,列车制动时,各车厢制动系统响应的差异,使列车制动初始阶段制动力的非线性特征十分明显,为了使模型更准确描述实际制动过程,将列车制动过程分为初期制动阶段和持续制动阶段,再分别建立高速列车的初期制动阶段和持续制动阶段的特征模型。(3)针对高速列车制动动力学模型,模型的输入为制动力,输出为列车的运行速度。这种单输入单输出系统,适合于PID控制结构。另外,PID控制方法有许多优点,如结构简单、调试方便等。本文针对高速列车制动控制器的设计,是在二次型最优控制性能指标的约束下,基于高速列车的特征模型,设计最优PID控制器,并对控制器的控制效果仿真验证。仿真过程主要包括,对参考制动曲线的跟踪和对实际速度曲线的跟踪。