[發明專利]面向乘客舒適性的多自動駕駛列車分布式協同控制方法

有效

• 申請號: 202010013633.1
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111169513B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 董立靜;邱明富;韓沖沖;魏豐金
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B61L27/00
• 分類號: B61L27/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種面向乘客舒適性的多自動駕駛列車分布式協同控制方法，其特征在于，包括：

基于列車二階物理模型通過求導得到包含列車急動度項的方程，根據所述包含列車急動度項的方程建立列車的高階動力學模型；

利用所述高階動力學模型通過高階非奇異終端滑模控制方法構建列車的面向乘客舒適性的控制模型；

利用所述列車的面向乘客舒適性的控制模型運用分布式協同控制方法，使用高階非奇異終端滑模控制方法對多列車進行跟蹤控制；

所述的基于列車二階物理模型通過求導得到包含列車急動度項的方程，根據所述包含列車急動度項的方程建立列車的高階動力學模型，包括：

列車的二階物理模型為：

其中，m為列車質量；v(t)為列車速度；p(t)為列車位置；F(t)為列車牽引力和制動力；f₁(v(t))為列車基本運行阻力；f₂(v(t),p(t),t)為列車額外運行阻力,其中列車基本運行阻力f₁(v(t))由戴維斯方程描述為：

f₁＝w₀+w₁v+w₂v² (2)

其中的w₀,w₁,w₂是根據列車實際運行環境得到的經驗數據；

根據列車的二階物理模型建立列車的帶有位移的三階導數動力學模型，在二階物理模型中加入求導項，設定額外運行阻力對時間的導數為零，通過計算得到列車的三階導數動力學模型如下：

式中w₁,w₂針對不同列車車型取不同數值，具體參照列車牽引計算規程；

所述的利用所述高階動力學模型通過高階非奇異終端滑模控制方法構建面向乘客舒適性的控制模型，包括：

在所述列車的三階導數動力學模型的基礎上，選取其中的作為待設計的控制輸入，得到面向乘客舒適性的列車的控制模型為：

所述的利用所述列車的面向乘客舒適性的控制模型運用分布式協同控制方法，使用高階非奇異終端滑模控制方法對多列車進行跟蹤控制，包括：

將每一個列車看作是一個節點，并對各個節點進行編號，得到節點集V＝{1,2,3......N}，對于列車(i,j)，若i與j為相鄰數，則稱i與j互為鄰居，表示第i個列車和第j個列車之間的連接狀態，如果列車i與列車j之間的通信鏈路是無向的，則a_ij＝a_ji，如果列車i和j能夠訪問彼此的信息，則a_ij＝a_ji＞0，否則，a_ij＝a_ji＝0；在跟蹤問題中，引入b_i來表示列車i和目標的連接狀態，如果跟蹤列車i能夠訪問目標的信息，則b_i＞0，否則，b_i＝0；

根據分布式列車協同控制方法，在得到相鄰列車的運行數據信息后，列車的跟蹤誤差e表示為：

其中i大于1，表示列車序號，x_p,x_v,x_a分別表示列車的位移速度和加速度信息，d表示相鄰列車需要保留的位移安全余量；

采用函數映射原理，將跟蹤誤差處理為：

其中t_i為第i個列車啟動時刻，e為自然常數，當運行時間t等于列車啟動時刻t_i時，列車跟蹤誤差由一個較大值映射為0，當t逐漸增大，會隨時間衰減到0，不影響最終列車的跟蹤，Δ為一個具體數值，是誤差映射過程的調節參數，反應的是隨時間衰減的快慢程度；

在列車誤差經過處理的基礎上，第i個列車設計的線性滑模函數為：

其中β₁,β₂均為正參數，于是，二階非線性滑模函數表達為：

其中γ為正參數，p,q均為正奇參數且滿足1＜p/q＜2，這樣設計的控制量中包含列車位移的三階導數，得到列車的面向乘客舒適性的非奇異終端滑模控制模型為：

其中f(x₀)為列車跟蹤信息中的急動度初始數據；

其中：

當時，這樣的設計能夠保證的連續性，從而保證設計的控制模型的連續性；當時，根據洛必達法則，當時收斂時間被最終估計為T≤T_r+T_s，其中

在對多列車進行跟蹤控制過程中，基于所述控制模型使用高階非奇異終端滑模控制方法對各個列車的加速度進行控制。