高速列车是当今中国的重要经济支柱,是多数人出行的首选交通工具,其安全问题不容忽视。牵引系统控制技术是高速列车安全运行控制技术的关键。我国高铁线路长且跨越地域广,不同的环境条件会对轮轨条件产生不同的影响。若某轮对发生故障,其牵引动力损失,若不及时处理则会对牵引系统造成不利影响。而执行器由于其自身物理限制等原因出现饱和现象会导致系统控制性能降低等问题,进而影响牵引系统的安全运行。因此,寻求能保证牵引系统安全稳定运行的控制算法是本文研究的关键。本文针对高速列车轮对故障和执行器饱和会引发的列车安全问题,主要利用滑模变结构控制理论、虚拟总轴控制策略和总量协同一致控制原理设计了虚拟控制器、总量协同一致控制器和总量协同一致抗饱和控制器。主要研究内容如下:1.针对牵引动力损失会引发的列车安全问题,提出一种基于虚拟总轴的多电机牵引动力总量协同一致控制方法。首先,建立了基于虚拟总轴的多电机牵引动力总量协同一致系统框架。其次,设计了虚拟控制器和总量协同一致控制器,保证多电机系统牵引动力在受到不确定参数摄动和未知扰动情况下,仍能维持牵引动力总量协同一致。利用李雅普诺夫稳定性理论证明了该控制算法下的系统是稳定的。最后,进行了MATLAB数值仿真和RT-LAB半实物仿真实验,仿真与实验结果验证了本章所提控制方法的有效性。2.在基于虚拟总轴的多电机牵引动力总量协同一致控制框架上,考虑执行器饱和问题,构建了基于虚拟总轴的多电机牵引动力总量协同一致抗饱和控制框架。在此框架下引入非奇异终端滑模控制方法设计了虚拟控制器,保证虚拟电机输出的转矩值在有限时间内跟踪系统给定转矩值。然后设计了抗饱和补偿器对控制器输出进行补偿,并证明了该补偿器的稳定性。最后结合抗饱和补偿器设计了总量协同一致抗饱和控制器,对跟随电机进行牵引动力总量协同一致抗饱和控制,保证在执行器饱和时跟随电机的牵引动力总量与虚拟电机的输出值仍保持一致,在有限时间内实现总量协同一致抗饱和控制目标。最后的MATLAB仿真结果验证了本章所提控制方法的可行性。