[發(fā)明專利]一種基于系統(tǒng)參數(shù)辨識的列車速度自適應(yīng)控制方法

有效

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• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110758413B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張輝;陶斯友;馮敏健;李想
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航盛新能科技有限公司
• 主分類號: B61C17/00
• 分類號: B61C17/00;B61L23/14
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 冀學(xué)軍

本發(fā)明公開了一種基于系統(tǒng)參數(shù)辨識的列車速度自適應(yīng)控制方法，屬于電動(dòng)汽車領(lǐng)域。首先根據(jù)列車的力學(xué)分析和電機(jī)的力矩分析，建立包含待定參數(shù)的列車的動(dòng)力學(xué)模型；然后采集若干組實(shí)際的輸入和輸出數(shù)據(jù)，作為最小二乘法的擬合數(shù)據(jù)；最小二乘法擬合偏差最小時(shí)對應(yīng)的待識辨參數(shù)b和c，作為待定參數(shù)，得到完整的動(dòng)力學(xué)模型。最后針對實(shí)時(shí)運(yùn)行的列車，根據(jù)既定的列車行駛曲線，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對完整的動(dòng)力學(xué)模型中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)時(shí)控制列車的速度，實(shí)現(xiàn)列車速度自適應(yīng)控制。本發(fā)明不僅能夠約束神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，還能約束系統(tǒng)辨識模塊，使辨識結(jié)果和控制結(jié)果都更準(zhǔn)確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車領(lǐng)域，涉及一種基于系統(tǒng)參數(shù)辨識的列車速度自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論的發(fā)展，列車自動(dòng)控制(ATC)系統(tǒng)功能日趨完善，可以代替列車駕駛員實(shí)現(xiàn)列車安全和準(zhǔn)時(shí)地運(yùn)行。ATC系統(tǒng)一共包含三個(gè)子系統(tǒng)，分別是ATP(列車自動(dòng)防護(hù))系統(tǒng)、ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)和ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)系統(tǒng)。

ATO系統(tǒng)是接受來自ATP/ATS系統(tǒng)的地面信息和行車控制指令，以控制列車的運(yùn)動(dòng)，包括加速運(yùn)行、惰性運(yùn)行、減速、停車和端站的折返作業(yè)控制。ATO系統(tǒng)一個(gè)重要的功能就是準(zhǔn)確控制列車的速度，使實(shí)際速度和加速度跟上目標(biāo)速度和加速度曲線。因此，ATO系統(tǒng)是列車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的重要控制模塊。

控制算法可以分為基于模型的控制算法和不基于模型的控制算法，其中基于模型的控制算法需要對系統(tǒng)建模，系統(tǒng)模型的參數(shù)會(huì)直接影響到控制算法的準(zhǔn)確性和控制精度；不基于模型的控制算法一般也不能使用于所有類似系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)往往需要調(diào)整算法參數(shù)才能實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確地控制。

綜上，對于參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)和一些非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，需要控制算法有一定的自適應(yīng)能力。列車的車廂節(jié)數(shù)和載重變化范圍大，這些變化不僅會(huì)改變列車的動(dòng)力學(xué)特性，包括基本阻力和風(fēng)阻等動(dòng)力學(xué)特性，還會(huì)改變牽引電機(jī)的負(fù)荷特性。所以列車是一個(gè)典型的復(fù)雜且參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)，傳統(tǒng)控制算法已經(jīng)不太適用。

已有學(xué)者將自適應(yīng)控制運(yùn)用于列車的速度控制，在列車系統(tǒng)參數(shù)變化不大的情況下明顯優(yōu)于傳統(tǒng)控制。

發(fā)明內(nèi)容

考慮到列車系統(tǒng)參數(shù)在較大改變的情況下，一般的自適應(yīng)算法的自適應(yīng)能力不夠。所以，本發(fā)明提出了一種基于系統(tǒng)參數(shù)辨識的列車速度自適應(yīng)控制方法，實(shí)時(shí)辨識被控系統(tǒng)的參數(shù)，用自適應(yīng)的PID控制算法控制列車速度，能適用于列車系統(tǒng)參數(shù)改變較大的不同情況，實(shí)現(xiàn)列車速度的準(zhǔn)確控制。

具體步驟如下：

步驟一、根據(jù)列車的力學(xué)分析和電機(jī)的力矩分析，建立包含待定參數(shù)的列車的動(dòng)力學(xué)模型；

動(dòng)力學(xué)模型如下：

m是列車的總質(zhì)量，a是列車的加速度，T_d是電機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力矩，T_r是旋轉(zhuǎn)部件損失的力矩，r是列車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。

F_w是整個(gè)列車組受到的空氣阻力，F(xiàn)_w＝f(b,v²,L)；f是關(guān)于v²和L的線性函數(shù)關(guān)系，b是待識辨的參數(shù)，v是列車的行駛速度，L是列車的長度。

F_f是列車組車輪和鋼軌之間的滾動(dòng)摩擦阻力，F(xiàn)_f＝cv，c是待識辨的常量。

F_a是列車組受到的附加阻力，包括坡道附加阻力、曲線附加阻力和隧道附加阻力。

步驟二、采集若干組實(shí)際的輸入和輸出數(shù)據(jù)，作為最小二乘法的擬合數(shù)據(jù)；

步驟三、最小二乘法擬合偏差最小時(shí)對應(yīng)的待識辨參數(shù)b和c，作為待定參數(shù)，得到完整的動(dòng)力學(xué)模型。

具體步驟如下：