[發明專利]基于系統建模的高速列車交互估計方法、系統及可讀介質

有效

• 申請號: 202110480948.1
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113204874B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 顧亞;朱培逸;李向麗;魯明麗
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F17/18;G06F111/04
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

1.一種基于系統建模的高速列車交互估計方法，其特征在于：

建立時滯的提升狀態空間模型，

y(k)＝x(k)+v(k)＝[1,0]X(k)+v(k)＝:cX(k)+v(k)

其中，k為時間，I為單位矩陣，濾波器的狀態由后驗狀態估計和后驗誤差協方差矩陣P(k|k)實現，定義為X(k)的估計值，k|k為k的當前時刻；

給定高速列車的輸入輸出數據，建立基于因果約束的參數估計和狀態估計相結合的模型辨識算法；

對于時滯的提升狀態空間模型：

假設狀態濾波器采用以下形式：

其中，k為k時刻，k+1為k+1時刻，確定增益向量L(k)，使得狀態估計誤差向量最小；構造以下狀態估計誤差

其中，k+1|k表示k的后一時刻k+1，為k+1時刻的狀態估計誤差向量，L(k)為增益向量，定義狀態估計誤差協方差矩陣：

平均值為由于Ε[X(0)]＝X₀，如果則狀態估計誤差的均值為零，且與增益向量L(k)無關；

狀態和噪聲v(k)是獨立的，令P(0)＝p₀I，p₀為常數，I為單位矩陣，σ²為方差，如果P(k)是非負定矩陣，P(k+1)也是非負定矩陣，用以下形式組成P(k+1)：

P(k+1)＝AP(k+1|k)A^T-AP(k+1|k)c^T[σ²+cP(k+1|k)c^T]^-1cP(k+1|k)A^T+{L(k)-AP(k+1|k)c^T[σ²+cP(k+1|k)c^T]^-1}[σ²+cP(k+1|k)c^T]+{L(k)-AP(k+1|k)c^T[σ²+cP(k+1|k)c^T]^-1}^T

通過最小化估計誤差協方差矩陣P(k+1)，可以得出最佳增益向量L(k)。

2.根據權利要求1所述的基于系統建模的高速列車交互估計方法，其特征在于，所述時滯的提升狀態空間模型建立在考慮附加擾動的高速列車雙速率系統基礎上:

具有周期T₁的零階保持器G_T1產生輸入u(t)以處理離散時間信號u(kT₁)，為了產生離散時間信號y(kT₂)，連續時間過程H(s)的輸出y(t)由采樣器采樣；對于具有時間延遲的高速列車雙速率狀態空間系統，測量的輸入輸出數據為{u(kT₁),y(kT₂)}，y(kT₂)和u(kT₁)分別代表kT₂和kT₁時刻的輸出速度和輸入目標加速度，由于使用零階保持器，有u(t)＝u(kT₁),kT₁≤t≤(k+1)T₁；

假設H(s)是一個線性時變連續時間過程，具有以下狀態空間表達式

x(t+1)＝A₁x(t)+A_dx(t-d)+b₁u(t)+f₁ω(t),

y(t)＝x(t)+v(t)，

其中，x(t)∈Rⁿ是狀態向量即列車位移，u(t)∈R為系統輸入,y(t)∈Rⁿ為系統輸出，ν(t)∈Rⁿ為均值為零的隨機噪聲即雙速率系統的速度測量噪聲，ω(t)∈R是過程噪聲即列車的單位運行力，A₁∈R^n×n，A_d∈R^n×n，b₁∈Rⁿ和f₁∈Rⁿ是系統參數矩陣/向量；

雖然H(s)是線性時變的，但是由于不同的更新和采樣周期，系統從u(kT₁)到y(kT₂)是線性周期性時變的。