[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

本發明提供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，通過建立考慮列車參數誤差和運行不確定因素干擾下的列車縱向動力學模型，在虛擬重聯模式下追蹤列車內部采用“相對距離制動”模式進行追蹤，建立高速列車安全制動模型，并計算虛擬重聯高速列車期望追蹤間隔，基于動態規劃算法離線計算列車運行優化曲線，并將其作為模型預測控制算法的參考曲線；設計適用于高速列車的分布式模型預測控制器，將虛擬重聯列車的運行控制過程轉換為有約束的優化控制問題，根據前車與后車的制動距離，針對領導列車和跟隨列車分別建立不同的預測模型、目標函數和約束條件，在每個采樣時刻，求解優化問題得到控制量，實現完整的間隔控制過程。

技術領域

本發明涉及高鐵運行信號控制技術領域，尤其涉及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。

背景技術

截至2021年底，中國高速鐵路運營里程已突破4萬公里，我國已形成了世界范圍內最大且唯一的高速鐵路運營網絡。

高速鐵路安全可靠、乘坐舒適、運輸高效、環境友好，在推進經濟建設、加快碳中和進程、促進城市協調發展和服務旅客運營等方面發揮重要的支撐和引領作用，是國內公眾中長距離出行的首選交通方式。在我國高速鐵路網初具規模的同時，客運需求也日益增長，列車高速度、高密度追蹤運行已成為高速鐵路運營管理的新常態，鐵路線路運載能力有待進一步提升。因此，在加快高速鐵路建設的同時，如何從運行控制角度進一步提升現有高速鐵路運輸能力和運營質量，是當前高速鐵路面臨的主要問題之一。

列車運行控制系統是實現安全行車與高效運營的重要保證。現有列控系統閉塞方式下，列車追蹤間隔大，軌道資源利用率低，高速列車虛擬重聯的閉塞方式通過車車通信實現多列車虛擬重聯運行，具有編組配置靈活，軌道資源利用率高等優勢，具有重要的研究意義與應用價值。

發明內容

本發明的實施例提供了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，用于解決現有技術中存在的問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

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，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。

優選地，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