[發明專利]一種基于預測控制的高速列車節能運行曲線在線計算方法

有效

• 申請號: 202011032137.7
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112249099B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 李樹凱;仲維鋒;陳澤彬;楊立興;高自友
• 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: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

1.一種基于預測控制的高速列車節能運行曲線在線計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：將線路坡度，速度限制，列車參數和列車參考速度曲線作為列車控制系統輸入；

S2：在每個采樣控制周期，監測并得到列車運行的實時速度和位移信息；

S3：根據列車的實時速度和位移信息，設計預測控制方法，在線計算列車的運行曲線，實現列車節能運行；步驟S3具體包括以下步驟：

S31：將兩個站點之間的軌道離散化為N個子區間，然后進一步離散為Q個小區間；

S32：設定預測控制時域，在設定的預測控制時域內，根據高速列車動力學模型、控制系統約束和控制目標，以列車的速度和位移作為狀態變量，牽引力/制動力作為控制變量，形成最優節能列車控制問題；

S33：通過取Q個小區間中的每個小區間作為一個控制階段，將S32中的最優節能列車控制問題轉換成一個多階段最優控制問題，每個控制階段都有獨立的目標函數、列車動力學模型、路徑約束、邊界約束和連接約束；

S34：基于偽譜法求解多階段最優控制問題，得出每個控制階段的列車運行曲線，并將其作用于列車控制系統進行控制；

S4：到下一個采樣控制周期，重復步驟S1-S3，直到控制過程結束。

2.如權利要求1所述的基于預測控制的高速列車節能運行曲線在線計算方法，其特征在于，步驟S31所具體包括如下步驟：

S311：軌道離散化：首先，將兩個站點之間的運行距離[s₀,s_f]劃分為N個子區間，以使每個子區間中的軌道坡度和速度限制保持恒定，其中s₀,s_f分別表示初始位置和終點位置，離散點表示為sⁱ,i＝0,...,N，滿足s₀＝s⁰＜s¹＜…＜s^N＝s_f；

S312：將劃分好的子區間[s^i-1,sⁱ]進一步劃分為區間長度相同的小區間[s^i,j-1,s^i,j],j＝1,...,N_i，滿足其中s^i,j是第j個離散點，N_i是子區間[s^i-1,sⁱ]中的小區間數量；為了確保每個小區間的長度不超過采樣長度L_s，按照如下公式確定N_i的值：

其中，是一個向上取整符號，表示取比自己大的最小整數；因此，在區間[s₀,s_f]中的小區間總數為為了進一步簡化，定義其中對于所有的j＝1,...,N_i當i＝1時k＝j，當i＝2,...,N時其中l是下標，如當l＝1時，N₁表示第一個子區間劃分的小區間數量；通過這樣的轉換，每個小區間都表示為其中k＝1,...,Q。