[發明專利]基于IGWO-BP-PID的磁浮列車位移速度跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 202110239290.5
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112947056B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 劉湘黔;徐洪澤;田毅;袁志鵬;李鵬;欒瑾;王曉紅;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IGWO?BP?PID的磁浮列車位移速度跟蹤控制方法。該方法包括：根據列車動力學受力分析建立列車系統模型，根據列車系統模型設計PID控制器；根據列車系統模型的輸入輸出確立BP神經網絡的結構，基于改進的IGWO算法離線訓練BP神經網絡；根據優化后的BP神經網絡模型，得到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。本發明基于優化后的網絡結構實現PID控制器的實時參數調整，實現列車速度位移的精準跟蹤，從而改善列車運行性能。

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IGWO-BP-PID的磁浮列車位移速度跟蹤控制方法。

背景技術

在磁懸浮列車高速行駛過程中，自動駕駛系統需要精準、高效的跟蹤速度曲線以保證列車在軌安全運行。因此，磁懸浮列車的速度跟蹤控制是高速磁浮列車運行的基礎。然而，在實際運行過程中，磁浮列車受到空氣阻力、電磁渦流阻力、坡道阻力等外力作用，使得列車在運行過程中存在較大非線性且模型參數時變。

傳統的PID((比例-積分-微分)控制器受列車運行過程中模型參數時變的影響，無法有效地跟蹤列車的理想速度曲線，存在較大的跟蹤誤差，影響列車運行性能。因此，設計適用于時變、非精確模型且跟蹤性能良好的自適應速度位移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。

發明內容

本發明的實施例提供了一種基于IGWO-BP-PID的磁浮列車位移速度跟蹤控制方法，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IGWO-BP-PID的磁浮列車位移速度跟蹤控制方法，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；

根據所述列車系統模型的輸入輸出確立BP神經網絡的結構，基于改進的灰狼優化算法IGWO算法離線訓練BP神經網絡，得到優化后的BP神經網絡；

根據采集的磁浮列車的運行狀態信息得到磁浮列車的狀態向量，將所述磁浮列車的狀態向量輸入到所述優化后的BP神經網絡模型，所述優化后的BP神經網絡模型輸出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；

離散化的PID控制器如下：