列车控制系统的响应延迟会导致列车运行过程中的速度跟踪性能差、不安全运行和能源浪费。而随着高速铁路的快速发展,更高的性能指标,如更快的运行速度、更大的发车密度等,对多列车的高追踪性能和高安全性等性能提出了更高的要求。本文主要分析了单列车在节能优化、跟踪控制以及时滞方面的国内外研究现状,以运行过程中的高速列车为研究对象,考虑运行中的高速列车含有状态时滞以及参数不确定性,提出三个控制指标,以控制指标为衡量标准,设计列车在巡航阶段的控制器。然后又对运行在同一轨道上同一方向上的两相邻列车如何保持一个固定安全间距问题进行讨论,设计了一个控制算法,使得后车能够在运行过程中始终与前车保持一个安全间距。本文从受力分析、建模、控制性能指标函数建立、控制器设计与仿真验证等方面进行学习探究,主要内容如下:（1）对运行中的高速列车进行了纵向动力学分析,深入分析了列车状态时滞对列车运行产生的影响,并将其考虑至列车数学模型中。考虑列车在整个运行过程中,绝大部分时间列车都处于巡航匀速工况,以含有状态时滞高速列车为研究对象,建立了列车处于巡航阶段时的多目标优化函数（主要包括以下三个性能指标:速度跟踪误差、车厢之间相对位移跟踪误差以及运行额外能耗）,进一步考虑每个指标分别具有不同的权重,并将其重新表达为单目标优化函数。（2）将高速列车的动态模型线性以标准状态空间方程的形式表示,对控制器进行设计,将控制算法稳定所需的条件以线性矩阵不等式的形式给出以便于利用计算机求解,并构造了包含时滞的Lyapunov函数来进行控制器的稳定性证明。最后,在MATLAB仿真环境下对所提控制方法的有效性进行验证。（3）建立了运行于同一轨道同一方向上相邻两车的数学模型,为前车设计一个控制器,使得前车可以精确跟踪其参考轨迹。在此基础上,设计了一个Luenberger观测器,使得后车能够对前车的状态信息（位移、速度以及加速度）进行估计。基于Luenberger观测器所获得的前车状态信息,为后车设计一个自适应控制器,使得后车能够根据前车的轨迹变化对其自身的参考轨迹做出实时调整。最后,设置一系列对比试验验证所提控制方案的有效性。