Adaptive Fault-Tolerant Sliding-Mode Control for High-Speed Trains With Actuator Faults and Uncertainties

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作者
Zehui Mao,Xing‐Gang Yan,Bin Jiang,Mou Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (6): 2449-2460 被引量:91
标识
DOI:10.1109/tits.2019.2918543
摘要

In this paper, a novel adaptive fault-tolerant sliding-mode control scheme is proposed for high-speed trains, where the longitudinal dynamical model is focused, and the disturbances and actuator faults are considered. Considering the disturbances in traction force generated by the traction system, a dynamic model with actuator uncertainties modeled as input distribution matrix uncertainty is established. Then, a new sliding-mode controller with design conditions is proposed for the healthy train system, which can drive the tracking error dynamical system to a predesigned sliding surface in finite time and maintain the sliding motion on it thereafter. In order to deal with the actuator uncertainties and unknown faults simultaneously, the adaptive technique is combined with the fault-tolerant sliding-mode control design together to guarantee that the asymptotical convergence of the tracking errors is achieved. Furthermore, the proposed adaptive fault-tolerant sliding-mode control scheme is extended to the cases of the actuator uncertainties with unknown bounds and the unparameterized actuator faults. Finally, the case studies on a real train dynamic model are presented to explain the developed fault-tolerant control scheme. The simulation results show the effectiveness and feasibility of the proposed method.
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