[發明專利]一種城市軌道列車的實時速度跟蹤控制方法及系統

有效

• 申請號: 201410453755.7
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104199362B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 張波;林道松
• 申請（專利權）人: 紹興安卡汽車配件有限公司;林道松
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于城市軌道交通的自動控制方法，特別涉及一種城市軌道列車的實時速度跟蹤控制方法和系統。

背景技術

隨著我國城市化進程的不斷加快，城市規模越來越大，城市人口不斷增多，現有的城市交通網絡已經難以滿足城市發展的要求。我國迫切需要自主建設高效率軌道交通系統以緩解日益嚴峻的城市交通問題。而如何增加列車的運輸密度、提高列車行車速度、改善列車運行質量，一直是我國鐵路行業發展所面臨的重要難題。對于上述軌道交通的要求來說，采用先進的列車自動控制(ATC，Automatic Train Control)技術對于軌道交通的全面發展是至關重要的。

列車自動控制系統一般包括三個子系統：列車自動監控(ATS，Automatic Train Supervision)系統、列車自動防護(ATP，Automatic Train Protection)系統以及列車自動駕駛(ATO，Automatic Train operation)系統。

ATS子系統可以實現對列車運行的監督和控制，輔助行車調度人員對全線列車運行進行管理，ATP子系統則根據地面傳遞的信息計算出列車運行的允許安全速度，保證列車間隔，實現超速防護。ATO子系統根據ATS提供的信息，在ATP正常工作的基礎上，實現最優駕駛，提高舒適度、降低能耗、減少磨損。其中，ATO系統最為重要。它負責在無人駕駛的情況下，依據自身的運行特點及當前線路狀況等外界信息自動選擇合理的運行方式和運動軌跡，并在規定條件下自動完成行車任務，并達到準時性、舒適性、高效性、定點停車等性能指標。

因此對于ATO系統來說，要實現上述目標，關鍵是對控制算法的優化，給出最優控制力來控制列車的運行。對ATO系統的控制算法來說，首先是要根據已知信息得到優化的速度距離曲線，它綜合體現了舒適性、準時性、節能等性能指標，同時也是進行列車駕駛控制的依據。其次是要根據控制算法給出合力值使列車沿最優運行曲線運行。

列車自動駕駛系統受到列車機械結構、電力驅動系統和ATP所提出的速度要求的影響，基于傳統控制理論的PID控制器已不能適應列車運行參數的非線性和時變性，很難反映真實情況，從而使速度控制的平滑性受到破壞，牽引和制動頻繁切換影響了系統舒適性的要求，同時也影響了列車的高效運行和停車精度。而速度軌跡的選擇對于軌道列車運行時間也有著至關重要的影響。

因此，設計一套能根據ATP限制速度時刻更新快速運行軌跡和采用智能控制算法的速度跟蹤的自動控制系統和能應用該算法的硬件系統十分必要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種包括速度軌跡的實時計算和基于模糊控制的參數自整定PID速度跟蹤算法的城市軌道列車的實時速度跟蹤控制方法和系統。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種城市軌道列車的實時速度跟蹤控制方法，包括以下步驟：

步驟1：預先設定城市軌道列車在不同運行區間的速度軌跡，并將速度軌跡中的所有速度值依次作為輸入模糊控制器的被控速度的目標值；

步驟2：根據模糊控制器的輸入語言變量，確定輸入語言變量的論域、輸入語言變量的模糊集及輸出變量的論域，所述輸入語言變量包括偏差值及偏差變化率；

步驟3：根據輸入語言變量的論域及輸入語言變量的模糊集創建關于輸出變量的模糊規則表；

步驟4：根據模糊控制器的被控速度的目標值、模糊規則表及模糊控制器的輸出變量的論域得到模糊控制器的輸出變量，利用模糊控制器的輸出變量修正PID控制器的輸入參數，得到PID控制器的輸出參數；

步驟5：利用PID控制器的輸出參數調整實時采集的城市軌道列車的當前速度信息，得到調整后的速度信息；

步驟6：控制城市軌道列車按照調整后的速度信息行駛。

本發明的有益效果是：1)能夠實時計算列車行駛的速度軌跡，使得被控量目標值能夠連續的給出，控制過程更精細；2)當給定一個目標值時，采用模糊和PID結合的算法，相對傳統控制一定程度上彌補了各自的不足，提高了適應性和魯棒性；3)采用模糊PID參數自整定方法，一定程度上合理分配比例、積分、微分參數大小，推理過程快捷，不需要大量復雜的計算，對硬件的要求較小；4)設計了相應的硬件系統架構，以TMS320F28335數字信號處理器為核心，能夠快速有效地實現上述算法，并且具有控制精度高、硬件簡單、可靠性高、成本低的特點。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述預先設定城市軌道列車在不同運行區間的速度軌跡，具體為：