[發明專利]一種列車自動運行的魯棒自適應非奇異終端滑模控制方法

有效

• 申請號: 201710240319.5
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107102542B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 姚秀明;趙富;董海榮;林雪;張暖笛
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝;白淑賢

本發明公開一種列車自動運行的魯棒自適應非奇異終端滑模控制方法，包括：S1、分析列車縱向運動進行受力情況，建立包含未知參數、不確定性和外部干擾的列車縱向運動動力方程；S2、構造非奇異終端滑模面；S3、設計各未知參數估計值的自適應律和滑模面參數的參數方程；S4、將非奇異終端滑模面、各未知參數估計值的自適應律和滑模面參數的參數方程代入包含未知參數、不確定性和外部干擾的列車縱向運動動力方程，得到非奇異終端滑模閉環控制方程，利用非奇異終端滑模閉環控制方程進行列車自動運行的魯棒自適應非奇異終端滑模控制。本發明能使ATO系統的位置跟蹤誤差和速度跟蹤誤差在有限時間內到達滑動表面，且在有限時間內收斂到零。

技術領域

本發明涉及列車控制技術領域。更具體地，涉及一種列車自動運行的魯棒自適應非奇異終端滑模控制方法。

背景技術

隨著現代鐵路交通系統的大量需求和發展，對列車運行速度的追求是非常迫切和必然的。因此，有必要提高當前列車自動控制(ATC)系統的性能以實現高效率，高安全性和高精度。ATC系統主要包括三個子系統，即列車自動監控(ATS)系統，列車自動保護(ATP)系統和列車自動運行(ATO)系統。在上述三個子系統中，ATO系統可以控制列車運行的所有階段，例如自動離開，加速，巡航，制動，精確停止，站間臨時停車，自動返回等，這有助于實現無人駕駛操作。因此ATO系統在ATC系統的性能中起著至關重要的作用，并且在理論和工程領域的研究人員中引起了極大的關注，推動許多高效算法的發現，如魯棒控制，預測控制，最優控制等。

然而，模型的不確定性和外部干擾引起的未建模動態、上車/下車乘客、天氣條件(如陣風和雨)、列車線條件(如斜坡)等是影響列車運行的關鍵因素，在現有技術中沒有深入關注。因此，必須結合縱向列車動力學設計合適的控制方法以保證對上述因素的魯棒性。

另一方面，眾所周知，滑模控制對模型不確定性，外部干擾和參數變化非常不敏感。在過去幾十年中，滑模控制策略已經被大量的應用在實際系統中，例如機器人操縱器，陀螺儀和電力系統。滑動表面的形式確定相應的滑模控制系統的動態性能是否良好。為了克服傳統的線性滑模的缺點，提出了非線性流形。近年來，具有非線性滑動表面的TSM控制已經受到了極大的關注，其可以確保所產生的閉環系統的狀態能夠在有限時間內收斂到平衡點。然而，在沒有適當地給出初始條件的情況下可能引起奇異性問題。

因此，需要提供一種解決未知參數、模型不確定性和外部干擾的影響下位置和速度跟蹤控制問題的列車自動運行的魯棒自適應非奇異終端滑模控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種列車自動運行的魯棒自適應非奇異終端滑模控制方法，以解決未知參數、模型不確定性和外部干擾的影響下位置和速度跟蹤控制問題。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種列車自動運行的魯棒自適應非奇異終端滑模控制方法，該方法包括如下步驟：

S1、分析列車縱向運動進行受力情況，建立包含未知參數、不確定性和外部干擾的列車縱向運動動力方程；

S2、構造非奇異終端滑模面；

S3、設計各未知參數估計值的自適應律和滑模面參數的參數方程；

S4、將非奇異終端滑模面、各未知參數估計值的自適應律和滑模面參數的參數方程代入包含未知參數、不確定性和外部干擾的列車縱向運動動力方程，得到非奇異終端滑模閉環控制方程，利用非奇異終端滑模閉環控制方程進行列車自動運行的魯棒自適應非奇異終端滑模控制。

優選地，步驟S1中建立的建立包含未知參數、不確定性和外部干擾的列車縱向運動動力方程為：