随着我国轨道运输行业的飞速发展,电力机车在铁道运输行业中扮演着非常重要的角色。目前,重载铁道运输是我国货运行业的中坚力量,推动着国民经济的飞速发展;电力机车是重载货运列车的唯一动力,电力机车的运行性能关系着重载铁道运输效率。机车动力来源于牵引传动系统,牵引传动控制系统的性能决定了牵引力的有效发挥,粘着控制在牵引传动控制系统中占据着关键性作用。在电力机车运行过程中,由于车轮与钢轨之间存在滚动接触,在轨面状态较差或者轴重转移时轮轨接触在滑动区导致车轮发生空转或滑行,轻则导致轮轨擦伤,重则发生脱轨事故。粘着控制的作用是将轮轨接触状态约束在粘着区,抑制车轮发生空转或者滑行,本文将模型预测控制引入粘着控制器设计,实时预测当前运行状态下的最佳粘着点,保证车轮与钢轨作用在最佳粘着状态。首先,根据轮轨蠕滑率与粘着系数之间的变化关系,设计了一种最佳粘着点估计策略。实时搜寻当前运行状态下的最佳蠕滑率,以及通过观测器实时估计当前运行状态下的粘着系数。其次,设计了一种基于模型预测控制的粘着控制器。将最佳蠕滑率作为模型预测控制器的参考输入,通过添加一系列代价函数实时优化并预测当前运行状态的最佳牵引转矩,保证轮轨接触在最佳粘着状态;采用MATLAB/Simulink仿真软件建立单轴机车动力学模型,模拟轨面切换状态并验证MPC粘着控制器的性能,仿真结果表明MPC粘着控制器能够实时预测最佳粘着点和优化粘着控制。然后,考虑到电力机车四个轴之间的动态协调问题,设计了一种基于分布式模型预测控制的优化粘着控制策略。电力机车每个轴分别对应一个MPC粘着控制器,将最佳蠕滑率作为MPC粘着控制器的参考输入,每个MPC粘着控制器之间保持协调通信,实时优化并预测当前运行状态的牵引转矩,保证每个轮对都运行在最佳粘着状态并实现最大粘着利用。采用MATLAB/Simulink仿真软件搭建四轴机车动力学模型,模拟轨面切换状态且考虑轴重转移情况并验证分布式粘着控制器的性能,仿真结果表明该方法能够动态协调预测最大粘着点和协调优化各车轮的粘着水平。最后,考虑到低粘着状态下的粘着控制问题,设计了一种基于模糊系统的智能撒砂控制策略。通过设置撒砂后的粘着特性曲线并模拟撒砂时的粘着控制情况,以及采用实际机车运行数据测试模糊撒砂控制器的性能并与AHP撒砂控制作比较,验证模糊撒砂控制策略的有效性。