[發明專利]基于神經網絡和滑模控制的列車自適應軌跡跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 202211458350.3
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115903499A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 王青元;周岑;馮曉云;郭佑星;王竣渝;蔣春宏
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 周蕓嬋

本發明公開了一種基于神經網絡和滑模控制的列車自適應軌跡跟蹤控制方法，包括以下步驟：獲取列車期望速度和期望位置軌跡數據；傳感器獲取列車的實時速度和位置數據，并與期望速度和期望位置軌跡數據進行比較，得到速度跟蹤誤差和位置跟蹤誤差；計算列車運行過程中的不確定性參數；采用飽和函數對不確定性參數進行約束；基于滑模控制和神經網絡逼近結果，計算列車當前的控制律；列車ATO控制器輸出控制律，控制列車牽引控制單元和列車制動控制單元，產生牽引力或制動力，改變列車運行狀態；判斷列車是否到站，若是，則運行結束，若不是，則繼續執行上述步驟。本發明的提出解決了列車軌跡跟蹤控制不精確以及滑模控制器帶來的抖振問題。

技術領域

本發明涉及列車運行控制領域，特別是涉及一種基于神經網絡和滑模控制的列車自適應軌跡跟蹤控制方法。

背景技術

鐵路運輸在中國綜合交通運輸體系中占有非常重要的地位。列車運行速度和密度的不斷提高，以及運行場景的復雜性和變化，給列車自動控制系統帶來了新的挑戰。高速列車的運行具有極大的不確定性和隨機性。例如空氣壓力、溫度和濕度等外界干擾以及列車控制器件的磨損。以上的系統內部和外部未知擾動影響也給控制層的設計帶來了困難。

現有針對高速列車運行軌跡跟蹤所設計的自適應滑模控制器，將自適應控制和滑模控制結合起來，作為一種新型的控制策略，能夠有效的提高控制精度。在自適應滑模控制方法中，一般存在不確定參數非時變的假設。然而，在實際中，真實高速列車的不確定模型參數往往是時變的。另一方面，高速列車模型復雜，不確定參數多，通過調節自適應律逼近不確定參數過程繁瑣，因此在這種情況下，通過一般數學模型所設計的控制器難以達到很高的控制精度。利用滑模技術控制列車停車的過程中，忽略了滑模控制的一個很明顯的問題，即滑模控制律中的不連續項所帶來的抖振現象，會導致控制執行部件發生震蕩，造成器件磨損或損壞，除此之外，現有技術通過引入了參數自適應機制來減小系統的抖振，但是高速列車模型復雜，不確定參數較多，通過調節自適應律逼近不確定參數過程繁瑣，因此一般的控制器很難達到很高的控制精度。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種基于神經網絡和滑模控制的列車自適應軌跡跟蹤控制方法提高了列車運行的軌跡跟蹤控制精度和舒適度，解決了滑模控制器帶來的抖振問題和控制不精準的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種基于神經網絡和滑模控制的列車自適應軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1：利用列車測速定位系統獲取列車期望速度和期望位置軌跡數據；

S2：通過傳感器獲取列車的實時速度和位置數據，并與期望速度和期望位置軌跡數據進行比較，得到速度跟蹤誤差和位置跟蹤誤差；

S3：利用ATO控制器根據得到的速度跟蹤誤差和位置跟蹤誤差計算列車運行過程中的不確定性參數；

S4：采用飽和函數對不確定性參數進行約束；

S5：根據約束的不確定性參數，基于滑模控制和RBF神經網絡逼近結果，計算列車的實際控制律；

S6：通過列車ATO控制器輸出控制律，控制列車牽引控制單元和列車制動控制單元，使其產生牽引力或制動力，改變列車運行狀態；

S7：通過ATP控制器判斷列車是否到站，若是則運行結束，若不是則返回步驟S2。

上述方案的有益效果是：通過上述技術方案，將RBF神經網絡和滑模控制器結合，提高了列車運行中軌跡跟蹤的精確性，解決了滑模控制律中的不連續項所帶來的抖振現象。

進一步地，S3中包括以下步驟：

S3-1：確定神經網絡的輸入δ₁和δ₂，公式如下所示：