随着我国高速铁路的迅速发展,列车运行速度不断提高,受电弓与接触网之间的耦合振动更加剧烈,高速列车弓网受流质量变差,同时也导致电弧和弓网磨损过大等问题,影响高速铁路的安全稳定运行。针对以上问题,本文以降低弓网接触力的波动为研究目标,以非线性弓网系统模型为基础,给出了基于状态估计的高速受电弓鲁棒预测控制和考虑作动器时滞的高速受电弓模型预测控制两种预测控制算法,并通过仿真验证所给出控制算法的有效性和鲁棒性。首先,建立了受电弓归算质量模型和受电弓多刚体模型以及接触网有限元模型。其中,受电弓归算质量模型参数通过频率响应法获得;多刚体模型将受电弓各部件转化为带转动惯量的杆件;有限元模型将承力索和接触线作为索单元,吊弦作为杆单元,支撑杆等作为集中质量点。将受电弓归算质量模型和接触网有限元模型通过罚函数法耦合后得到弓网系统模型,并采用标准参数验证了弓网模型的有效性。其次,针对受电弓工作环境中的强烈电磁干扰对传感器量测造成数据丢失且带有量测噪声的问题,给出了一种考虑量测数据丢失的鲁棒卡尔曼滤波方法。通过这种方法获得受电弓状态量,为控制器提供精确的受电弓状态估计值。通过对控制优化方程的分析,将接触力误差增广至弓网系统状态空间方程,根据增广后的受电弓-接触网系统状态空间方程,设计了基于状态估计的鲁棒预测控制方法。并在非线性弓网系统模型上,验证了所给出的控制策略的有效性和鲁棒性。研究结果表明,本文设计的鲁棒预测控制方法在受电弓模型参数摄动的情况下,仍能有效减少弓网接触力的波动,且对弓网接触力平均值影响较小。最后,针对受电弓控制过程中存在的时滞问题,给出了一种考虑作动器时滞的高速受电弓模型预测控制方法。通过受电弓归算质量模型的动力学方程,分析了弓网接触力与弓头加速度的相关性,设计了以降低弓头加速度的波动为控制目标,同时抑制控制作用剧烈变化的控制器。并在非线性弓网系统模型上,验证了所给出的控制策略的有效性和鲁棒性。仿真结果表明,本文所给出的模型预测控制方法在模型参数摄动和考虑时滞的影响下,仍能有效降低弓头加速度和弓网接触力的波动,同时弓网接触力平均值几乎保持不变。