[發(fā)明專利]基于狀態(tài)約束的列車速度跟蹤控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910543296.4
• 申請(qǐng)日: 2019-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110281987B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高士根;董海榮;孫亞文;寧濱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B61L27/00
• 分類號(hào): B61L27/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 孫洪波

本發(fā)明提供了一種基于狀態(tài)約束的列車速度跟蹤控制方法，包括：采集列車的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)以及列車運(yùn)行約束的相關(guān)參數(shù)；根據(jù)所述實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和列車運(yùn)行約束的相關(guān)參數(shù)建立包含約束條件的列車動(dòng)力學(xué)模型；采用非線性映射方法對(duì)包含約束條件的列車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行非線性映射，得到列車控制模型；根據(jù)所述列車控制模型對(duì)當(dāng)前列車進(jìn)行運(yùn)行控制。本方法可以保證將列車控制系統(tǒng)的狀態(tài)約束在安全范圍內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)列車位置和速度的穩(wěn)定跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及列車自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于狀態(tài)約束的列車速度跟蹤控制方法。

背景技術(shù)

隨著高速鐵路及城市軌道交通路網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和列車運(yùn)行速度的不斷提高，安全高效的列車運(yùn)行控制是軌道交通的核心目標(biāo)。

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)要求系統(tǒng)的狀態(tài)無(wú)論處于暫態(tài)還是穩(wěn)態(tài)時(shí)都能運(yùn)行在某個(gè)特定的邊界內(nèi)。由于列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)學(xué)模型通常是非線性的，且為部分已知甚至是完全未知的，列車在存在外界擾動(dòng)的情況下極易出現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)“越界”。為了確保列車運(yùn)行的安全性，通過(guò)列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超速防護(hù)。由于控制系統(tǒng)與防護(hù)系統(tǒng)的隔離，在列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中如果不考防護(hù)曲線約束、分相區(qū)速度約束和彎道約束等對(duì)列車的約束，則可能由于控制效果差會(huì)觸發(fā)制動(dòng)曲線。在實(shí)際系統(tǒng)中，一般通過(guò)設(shè)置安全裕量，并通過(guò)試錯(cuò)的方式來(lái)防止觸碰安全約束，從而造成了效率的浪費(fèi)，并且效果也得不到完全的保證。

因此，需要一種基于狀態(tài)約束的列車速度跟蹤控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于狀態(tài)約束的列車速度跟蹤控制方法，以避免列車在運(yùn)行過(guò)程中的位置、速度和狀態(tài)超出安全約束范圍。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

本發(fā)明提供了一種基于狀態(tài)約束的列車速度跟蹤控制方法，包括：

采集列車的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)以及列車運(yùn)行約束的相關(guān)參數(shù)；

根據(jù)所述的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和列車運(yùn)行約束的相關(guān)參數(shù)建立包含約束條件的列車動(dòng)力學(xué)模型；

采用非線性映射方法對(duì)所述的包含約束條件的列車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行非線性映射，得到列車控制模型；

根據(jù)所述列車控制模型對(duì)當(dāng)前列車進(jìn)行運(yùn)行控制。

優(yōu)選地，列車的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)包括：列車的當(dāng)前速度和列車當(dāng)前位置。

優(yōu)選地，根據(jù)所述實(shí)時(shí)參數(shù)和列車運(yùn)行約束的相關(guān)參數(shù)建立包含約束條件的列車動(dòng)力學(xué)模型，包括：所述的約束條件為：列車位置的約束記為：列車速度的約束記為：其中p(t)為列車實(shí)時(shí)最小位置約束，為列車實(shí)時(shí)最大位置約束，v(t)為列車實(shí)時(shí)最低速度約束，為列車實(shí)時(shí)最高速度約束。

優(yōu)選地，列車運(yùn)行約束包括防護(hù)曲線約束、分相區(qū)速度約束和彎道速度約束。

優(yōu)選地，采用非線性映射方法對(duì)所述的列車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行非線性映射，包括對(duì)所述列車動(dòng)力學(xué)模型中的列車的位置p(t)、速度v(t)、位置-時(shí)間目標(biāo)曲線p_{目標(biāo)}(t)和速度-時(shí)間目標(biāo)曲線v_{目標(biāo)}(t)進(jìn)行非線性映射。

優(yōu)選地，非線性映射方法包括以下三種：

當(dāng)列車狀態(tài)約束只存在上界時(shí)，非線性映射為：

當(dāng)列車狀態(tài)約束只存在下界時(shí)，非線性映射為：

p^*(t)＝log(p(t)-p(t))；v^*(t)＝log(v(t)-v(t))；