[發明專利]一種面向地鐵列車自動駕駛的在線能量混雜反饋控制方法

在審

• 申請號: 202011419717.1
• 申請日: 2020-12-06
• 公開（公告）號: CN112560172A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 陳陽舟;郭翔宇;詹璟原;尚飛
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;B61L27/00;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種面向地鐵列車自動駕駛的在線能量混雜反饋控制方法，本方法考慮基本阻力、列車牽引特性等因素，以列車位置為自變量、速度和時間為狀態變量建立列車動力學模型，建立基于模態切換的列車節能優化操縱模型，規定多站間的模態切換順序規則，構造列車節能運行優化問題，根據線路條件將列車位置、速度和時間離散化構成狀態空間，確定狀態遞推方程，每切換一個模態，在線獲取實時狀態并更新，用離散動態規劃算法在線搜索剩余的列車最優模態切換位置點序列，該方法具有充分利用模態切換思想、在線控制列車等優點。

技術領域

本發明屬于列車運行優化技術領域，主要涉及一種面向地鐵列車自動駕駛的在線能量優化混雜反饋控制方法。

背景技術

地鐵以其速度快、運量大、準時安全等特點，成為支撐城市公共交通的重要方式之一。與此同時，地鐵的運行能量消耗也大得驚人。為了響應國家“節約電能，綠色發展”的號召，也為了提高地鐵運營管理公司的經濟效益，大力發展列車節能運行越來越重要。

目前，列車節能運行主要是離散的生成最優節能速度曲線，在線跟蹤離線生成的最優節能速度曲線。離線的生成最優速度曲線可以找到全局最優解，其中動態規劃方法可以找到全局最優解，離線生成最優節能速度曲線，在搜索精度要求較高的時候計算量較大大。但當實際運行過程中運行會出現干擾，在線跟蹤最優曲線誤差會被累積，使得列車行駛偏離實際最優解。

發明內容

本發明的目的在于針對現有方法的缺陷，提供面向地鐵列車自動駕駛的在線能量優化混雜反饋控制方法，以位置作為自變量在線獲取列車的狀態，應用模態切換思想降低動態規劃計算時間，利用動態規劃算法實時求解列車最優切換控制序列及最優模態序列，該方法具有充分利用模態切換思想、在線控制列車等優點。

為解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案進行實施：

一種面向地鐵列車自動駕駛的在線能量優化混雜反饋控制方法，該優化方法包括如下步驟：

S1、根據線路長度將列車位置離散化，以列車位置為自變量、速度和時間為狀態變量建立列車動力學模型；所述列車模型考慮車重、列車牽引特性、基本阻力；

S2、建立基于模態切換的列車節能優化操縱模型；建立列車運行牽引/制動力切換方案；五種不同的模態包括牽引加速、制動減速、惰行、巡航、停站；規定多站間的五種模態切換順序規則；

S3、構造列車節能運行優化問題；所述列車節能運行優化問題為求取列車運行牽引力對運行距離累加的最小值；

S4、根據線路條件將列車速度、時間分別離散化構成狀態空間；所述線路條件包括速度限制、列車總運行時間、列車停站時間，構成優化問題的約束條件；

S5、確定狀態遞推方程，每切換一個模態，用離散動態規劃算法在線搜索剩余的列車節能模態切換位置點；所述離散動態規劃算法包括動態規劃正向狀態搜索與反向控制搜索，得到列車最優切換控制序列及最優模態序列，對列車實現在線控制。

進一步的，所述步驟S1中，所述列車動力學模型為：

其中，將列車總運行距離按照位置等間隔離散化得到K個Δx，K代表離散的總階段數，k為位置的索引，x_k為第k個Δx的位置，v_k,t_k分別代表列車在位置x_k對應速度、時間，u_k為切換控制，u_k∈{0,1}，w_k(u_k)代表位置x_k列車所處的模態，M代表列車質量，為列車處于w_k(u_k)模態的牽引/制動力，r(v_k)代表列車所受的基本阻力。

進一步的，所述步驟S1中，所述列車基本阻力為：