高速列车是我国重要的交通工具,其长期运行的安全性和舒适性是其可持续发展并走向国际化的前提。降低轮轨系统的磨损和疲劳损伤是提高高速列车运行过程中的安全性、舒适性的有效手段。目前,针对优化轮轨物理参数(例如,轨道间距、车轮轮廓、表面硬度等)来降低列车整体磨损的研究已经相当成熟,但是对运行过程中由于车轮空转打滑和各个执行器的性能差异等导致部分轮对磨损的研究并不多见。车轮空转打滑会导致剧烈的轮轨磨损或疲劳损伤,各执行器效率存在差异,会导致驱动轮对的滑行速度存在微小差异,在列车长期运行后,部分轮对可能会产生严重的滚动磨损或疲劳损伤。因此降低列车运行过程中产生的轮轨局部磨损具有十分重要的意义。本文从主动防止车轮打滑和补偿各个执行器差异两方面优化轮轨局部磨损,主要工作如下:(1)目前,国内外对防滑控制的研究大多是将防滑约束目标和速度追踪目标分开研究,由于粘着力控制和列车牵引/制动控制通常被认为是两个独立的过程,因此很少有文章将防滑问题纳入牵引/制动控制设计的统一兼容框架中。本文创新性地开发了一种基于主动防滑约束的自适应牵引/制动控制方案,该方案将列车的防滑约束条件作为一个约束项,直接引入到牵引/制动控制器的设计中。应用该控制器,能够保证轮轨系统的蠕滑率始终不超过给定的经验性防滑边界,并且该防滑边界可以在理论值附近自由选择,无需精确获取,同时能够确保精确的速度追踪。然后设计了一个带有防滑约束和速度追踪误差两个参数的Lyapunov方程,通过理论证明验证了该控制方案的有效性。(2)针对高速列车各个执行器不一致导致轮对磨损不均衡的问题,本文首先验证了执行器不一致会导致车轮角速度差异,进而导致轮对磨损不均衡。其次,设计了一个牵引/制动控制和车轮角速度同步控制相统一的混合双环控制框架,并采用鲁棒自适应观测器观测系统中的不确定性参数。该控制器不仅实现了牵引/制动控制的目标,而且完全补偿了执行器的差异,保证了所有驱动轮对在长期运行中具有相同的滑移速度(意味着均匀的驱动载荷和滚动磨损)。并且理论证明了该控制器的有效性。最后,这两个控制方案都在MATLAB中进行了模拟仿真,并分别与普通控制方案进行了对比验证。结果表明,本文提出的防滑约束牵引/制动控制方案能够同时实现列车速度跟踪和防滑约束;轮对协同牵引/制动控制方案能够同时实现列车速度跟踪和均衡轮对磨损。控制性能比对应的普通控制器更优越。