受电弓的动态特性（中铁二院的研究人员提出基于滑模控制的高速受电弓主动控制方法）

受电弓与接触网的滑动接触是目前高速铁路电力机车的主要取流方式。为保证受电弓-接触网（弓网）系统的接触稳定性，对高速受电弓实施有效的主动控制是提高弓网受流质量的一种潜在措施。

中铁二院工程集团有限责任公司的研究人员建立了具有刚度、质量参数时变特征的非线性接触网模型，以准确模拟高速列车运行过程中的随机扰动。在模型基础上，采用滑模控制算法进行高速受电弓的主动控制，并引入扰动补偿策略以降低弓网接触力在随机扰动影响下的波动程度。仿真结果显示，所提基于滑模控制的高速受电弓主动控制方法可有效降低接触力波动，减少弓网离线率。

刘涛

刘涛，高级工程师，主要研究方向为高速铁路弓网系统动力学分析与参数优化。

鲁小兵

鲁小兵，博士，高级工程师，主要研究方向为高速铁路弓网系统建模与受电弓主动控制。

张佳怡

张佳怡，工程师，主要研究方向为高速铁路弓网系统优化与参数匹配。

高速铁路电力机车主要依赖安装在机车顶部的受电弓与架空接触网滑动接触实现持续取流。受电弓与接触网的接触稳定性直接影响电力机车的供电安全。一方面，弓网接触力过大会造成受电弓滑板、接触线磨耗加剧，造成高速铁路运营成本上升，并引起安全隐患；另一方面，弓网接触力过小则会造成弓网接触不良，引起电弧击穿，产生拉弧现象，引起电力机车供电质量不稳定，严重时可造成机车供电中断。

图1 高速铁路弓网系统示意图

受电弓主动控制是指基于现代控制理论，结合自动化技术对受电弓实施外加激励，从而有效降低弓网接触力的波动幅度，保证弓网之间的持续、良好接触。本文解决了高速受电弓运行过程中随机扰动所造成的弓网接触力失稳问题，为提供弓网受流质量提供了重要参考。

图2 高速受电弓滑模控制效果

图3 弓网接触力对比

本文构建了考虑随机扰动的弓网模型。在模型基础上，提出了基于滑模控制理论的高速受电弓主动控制策略，并结合离散扰动控制器以降低随机扰动对弓网接触力的影响。所提出的控制策略可有效降低高速铁路弓网接触力的波动幅度和离线率，对于保障动车组供电安全具有十分积极的作用。

本文针对高速铁路运行过程中受电弓受到随机扰动影响引起弓网接触失稳现象，提出了采用考虑随机扰动的滑模控制策略对高速受电弓进行主动控制，以保证受电弓与接触网之间的稳定接触。

研究结果表明：本文所提出的考虑随机扰动的高速受电弓主动控制器可在不同工况下取得较好的弓网控制效果。特别是在考虑高斯白噪声与接触线不平顺所造成的受电弓随机扰动时，弓网接触力均可保持较小的波动与较低的离线率，对于保障高速铁路动车组供电安全与稳定性具有十分重要的作用。

刘涛, 鲁小兵, 张佳怡. 考虑随机扰动的高速铁路弓网系统滑模控制研究[J]. 电气技术, 2022, 23(3): 57-62. LIU Tao, LU Xiaobing, ZHANG Jiayi. Study on the pantograph active control based on the slide mode control method considering the stochastic disturbance. Electrical Engineering, 2022, 23(3): 57-62.