[發明專利]一種基于模型預測的虛擬重聯高速列車追蹤間隔控制方法

在審

• 申請號: 202310076867.4
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116080725A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 上官偉;朱子樂;敦旖晨;劉偉豪
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;中國國家鐵路集團有限公司
• 主分類號: B61L27/20
• 分類號: B61L27/20;B61L27/10;G06Q10/04;G06Q50/30
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 劉源

1.一種基于模型預測的虛擬重聯高速列車追蹤間隔控制方法，其特征在于，包括：

S1基于列車參數誤差和不確定因素干擾，構建列車縱向動力學模型；

S2基于所述列車縱向動力學模型，在虛擬重聯模式下的相對距離制動模式追蹤列車內部，獲取列車制動數據，建立高速列車安全制動模型，并通過所述高速列車安全制動模型計算虛擬重聯高速列車期望追蹤間隔；

S3根據獲取的線路數據，考慮列車參數M、a、b、c和外部干擾G已知的情況下，通過動態規劃算法離線計算列車運行參考曲線；

S4通過模型預測控制算法，設定高速列車的被控量，建立列車狀態方程和列車運行預測模型；

S5根據步驟S1至S4的執行結果，將領導列車的控制優化目標設定為：在滿足狀態和輸入約束前提下，列車的運行速度最大，并建立領導列車目標函數和約束條件；

S6根據步驟S5設定的領導列車的控制優化目標，將跟隨列車的控制優化目標設定為：在滿足安全限速條件下，與領導列車之間速度差盡可能小、與領導列車間的運行追蹤間隔盡可能接近期望間隔，建立跟隨列車目標函數和約束條件；

S7根據步驟S1至S4的執行結果，在每個采樣時刻，通過模型預測控制器求解領導列車的控制優化目標和跟隨列車的控制優化目標得到控制量，對列車進行間隔控制。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1包括：

S11令i是虛擬重聯模式下編隊內的第i列列車，通過式

建立第i列車的縱向動力學方程；式(1)中，M_i表示第i列列車質量，a_i表示第i列列車運行加速度，u_i表示第i列列車的牽引力或制動力，R_i是關于列車速度和位置的函數表示列車運行阻力，包括基本阻力f、坡道附加阻力f_s和曲線附加阻力f_R，分別由下式(2)(3)(4)給出：

f＝a+bv+cv²???????????????????????????????????????????????????????(2)

f_s＝i_s·g(N/t)????????????????????????????????????????????????????????(3)

式(2)中，a，b，c分別為列車基本運行阻力的系數，v為列車當前運行速度；當列車在坡道運行時，重力在坡道方向的分力則為列車的坡道附加阻力，為方便計算，將坡道阻力進行換算，式(3)中i_s為列車當前所處坡道坡度的千分數，g為重力加速度；曲線軌道車輪與軌道的摩擦所產生的阻力為列車曲線附加阻力，式(4)中A為常數，位于450-800之間，R為線路曲線半徑；

S12通過式

建立考慮參數誤差和不確定因素干擾下的第i列列車縱向動力學方程；式中，r為列車回轉質量系數，為常數；i_s為第i列列車當前所處位置；u_f為列車的牽引系數，F_t,i為第i列列車所受牽引力；u_b為列車的制動系數，F_b,i為第i列車所受制動力；p(t)為參數誤差影響力，d(t)為不確定因素干擾恢復力；所述牽引系數和制動系數滿足下式(6)

所述參數誤差影響力p(t)和不確定因素干擾恢復力d(t)滿足下式(7)

|p(t)|≤G_p,|d(t)|≤G_d??????????????????????????????????????????(7)；

式(7)中，G_p為參數誤差影響力上限，G_d為不確定因素干擾恢復力上限，均為正常數。