重载机车是国家战略确定的重点发展产品之一,提升轮轨黏着利用率是提高机车牵引性能的主要途径。然而运行条件的复杂性和多样性,重载机车的牵引功率要完全发挥出来主要取决于轮轨间的黏着力,所以要保证机车稳定运行的前提下,要使得牵引系统产生最大的牵引力。实验表明,机车的实际黏着系数与机车蠕滑率成一定的函数关系,而黏着系数能反映出黏着力的变化,运用极值搜索算法,实时搜索出最优蠕滑率,通过控制机车的驱动转矩,使得机车运行在黏着系数-蠕滑率曲线的峰值点,由此,提高了机车黏着利用率,从而提高了机车的最大黏着利用牵引力。目前,现代黏着控制方法实现实时搜索最优黏着峰值点,通过机车驱动转矩的实时控制,使得机车工作在最优黏着点附近,这类控制方法也有效防止了机车空转,提高机车牵引力,是具有很大的工程实际意义的。本文的主要研究如下:针对重载机车轮对空转和有效发挥机车牵引力的问题,提出了一种基于最优蠕滑率的积分滑模控制防空转方法。首先,建立单轴重载机车动力学模型,利用滑模观测器对重载机车实时黏着系数进行观测;再采用滑模搜索算法对最优蠕滑率最优区域进行监控搜索,以及结合PID控制进行控制削弱滑模极值搜索中的振荡问题;最后,设计了一种新型趋近率的滑模控制器,使不同轨面上运行的机车的蠕滑率都处于最优值,可以最大限度地利用机车轮轨之间的黏着力。并且通过simulink仿真也验证了此控制方法的可行性和有效性。针对滑模极值搜索算法中的抖振问题,提出了一种基于单参数扰动极值搜索方法。首先,将数学理论用于证明此种搜索方法的稳定性;其次,通过分析轮轨面黏着特性,机车在不同轨面时,进行实时搜索最优黏着系数;最后,通过设计一种非奇异终端滑模控制器,证明其存在着很好的鲁棒性、快速收敛性等优点;同时,将此控制器与传统滑模控制器进行对比仿真实验,验证了此种方法能够有效地削弱了牵引系统中的抖振问题。同时,也减少了滑模极值搜索算法的缺点,提高系统控制效果。