[發明專利]接觸力長短時記憶網絡預測的受電弓主動控制方法

有效

• 申請號: 202011455293.4
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112541228B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 陳仁祥;王帥;胡小林;杜子學;徐向陽;孫文杰;劉蘭徽;邢鑌
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學;重慶工業大數據創新中心有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/27;G06N3/04;B60L5/18;G06F119/14
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種接觸力長短時記憶網絡預測的受電弓主動控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：搭建二元弓網系統振動耦合模型；

S2：對弓網耦合模型進行受力分析，建立狀態空間方程，并進行建模仿真，得到接觸力仿真數據；所述受力分析的動力學方程為：

其中k(t)為接觸網等效剛度；m₁、c₁、z₁和m₂、c₂、z₂分別為弓頭和框架的等效質量、等效阻尼和垂向位移；k₁為弓頭等效剛度；F_L為受電弓靜抬升力；z_r為車體激擾信號；

將所述的動力學方程轉為狀態方程形式；

取狀態向量：得到如下狀態空間方程：

式中系數矩陣如下：

C＝[k(t) 0 0 0]

當施加主動控制力時，弓網系統狀態空間方程如下：

式中：

u(t)＝F_L-F’

式中：F’為受電弓接觸力預測值；

S3：基于LSTM網絡建立預測模型，預測下一時刻接觸力F’，利用預測結果和接觸力期望值計算出下一時刻所需的控制力u(t)，并以此為核心搭建控制器；步驟S3中，具體包括以下步驟：

S31：通過三個門機制，完成LSTM網絡細胞的內部處理；

在遺忘門中，由C_t-1、h_t和X_t決定忘記部分內容，公式如下：

f_t＝σ(W_f·(h_t-1,X_t)+b_f)

式中W為權重系數矩陣，b為偏置向量；

在輸入門中更新細胞狀態中的存儲信息；由輸入門的σ函數計算結果i_t，決定保存哪部分輸入信息；然后根據tanh函數創建候選狀態值最后通過舊的細胞狀態C_t-1乘以f_t，遺忘部分舊信息，然后加上新的輸入信息，更新當期細胞狀態；公式如下：

i_t＝σ(W_i·(h_t-1,X_t)+b_i)

在輸出門中，由σ函數、tanh函數和更新后的細胞狀態C_t決定輸出的信息；公式如下：

o_t＝σ(W_o·(h_t-1,X_t)+b_o)

h_t＝o_t*tanh(C_t)

S32：在相對簡單且模塊化的keras框架下搭建LSTM網絡；

S33：將弓網系統接觸力數據投入到LSTM網絡中；

S4：選擇和安裝作動器；

S5：由作動器將阻尼力施加到弓網系統中，建立起一個閉環的接觸力主動控制系統。

2.根據權利要求1所述的接觸力長短時記憶網絡預測的受電弓主動控制方法，其特征在于：步驟S1具體包括：

S11：計算接觸網剛度；

S12：選擇二元受電弓模型；

S13：構建弓網系統振動耦合模型。

3.根據權利要求2所述的接觸力長短時記憶網絡預測的受電弓主動控制方法，其特征在于：步驟S11具體包括：

計算接觸網時變剛度的計算方法，公式如下：

其中式中：K₀為跨距內的平均剛度系數，即其中K_max、K_min為接觸網一個跨距內的最大剛度系數和最小剛度系數；α為接觸網的剛度變化系數，即V為機車運行速度；L為接觸網跨距；t為運行時間。