[發明專利]基于回聲狀態網絡的磁懸浮列車位移速度的跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 202110238941.9
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112947055B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 劉湘黔;徐洪澤;田毅;袁志鵬;李鵬;欒瑾;劉先愷
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;中車青島四方機車車輛股份有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種基于回聲狀態網絡的磁懸浮列車位移速度的跟蹤控制方法。該方法包括：根據列車動力學受力分析建立列車系統模型并設計PID控制器；根據列車狀態信息設計ESN網絡的輸入輸出，并基于改進粒子群優化PSO算法離線確定ESN網絡的結構參數；基于優化后的ESN網絡的參數獲得PID控制器的比例、積分、微分參數并計算出列車系統的牽引輸出。本發明的磁懸浮列車位移速度的跟蹤控制方法基于回聲狀態網絡獲得時變的PID控制器參數，保證列車在模型參數時變、模型不精確的情況下的安全、可靠、舒適運行。

技術領域

本發明涉及磁懸浮列車運行控制技術領域，尤其涉及一種基于ESN(Echo StateNetworks，回聲狀態網絡)回聲狀態網絡的磁懸浮列車位移速度的跟蹤控制方法。

背景技術

磁懸浮列車的控制與優化技術是高速磁懸浮列車安全、舒適、節能運行的基礎。在列車高速運行過程中，列車自動駕駛系統需快速、準確的跟蹤目標速度曲線，保證列車安全、舒適運行。然而，在實際運行過程中，磁懸浮列車受到空氣阻力、電磁渦流阻力等外力作用，使列車在運行過程中存在較大非線性、大量的不確定因素。受這些非線性、不確定因素的影響，列車運行過程中的動力學模型無法被精確的建立。

傳統的PID控制器受列車運行過程中模型參數時變的影響，無法有效地跟蹤理想速度曲線，導致較大的控制誤差，影響列車安全運行。因此，設計適用于時變、非精確模型且跟蹤性能良好的速度跟蹤控制器對列車自動、高效駕駛具有重要的工程應用價值。

目前，現有技術中還沒有一種對磁懸浮列車的位移速度進行有效地跟蹤控制的方法。

發明內容

本發明的實施例提供了一種基于ESN的磁懸浮列車位移速度的跟蹤控制方法，以實現對磁懸浮列車的位移速度進行有效地跟蹤控制。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

一種基于回聲狀態網絡的磁懸浮列車位移速度的跟蹤控制方法，包括：

根據列車動力學受力分析建立列車系統模型，根據所述列車系統模型設計PID控制器；

根據列車狀態信息設計回聲狀態ESN網絡的輸入輸出，確定ESN網絡的結構，基于改進粒子群優化PSO算法離線訓練ESN網絡，得到優化后的ESN網絡；

基于優化后的ESN網絡的參數獲得所述PID控制器的比例、積分、微分參數；

根據所述PID控制器的比例、積分、微分參數和所述列車系統模型實時計算出列車系統的牽引輸出，根據所述列車系統的牽引輸出得到列車的實時位移速度信息。

優選地，所述的根據列車動力學受力分析建立列車系統模型，包括：

根據列車動力學受力分析建立如下的列車系統模型：

F_q為列車牽引力，F_i為電磁渦流阻力，F_a為空氣阻力，F_s為坡道阻力，m為車廂質量，v(t)為列車運行速度，x(t)為列車位移狀態。

優選地，所述的根據所述列車系統模型設計PID控制器，包括：

根據列車系統模型設計如下的PID控制器：

其中：F_q(t)為列車控制牽引力，k_p，k_i，k_d分別為控制器自適應比例、積分、微分參數，e(t)為位置跟蹤誤差，速度跟蹤誤差，其形式如下：

其中：x^*(t)為列車的理想位置目標值，v^*(t)為列車的理想速度目標值。