基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法技术

本发明专利技术提供的一种基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法，包括如下步骤：针对同一条线路上运行的多辆列车，对每辆列车进行纵向受力分析，建立高速列车单质点模型；基于图论，分析多列车协同控制的通信拓扑，获得多列车通信拓扑结构；基于高速列车单质点模型和多列车通信拓扑结构，定义多列车的追踪目标，将高速列车单质点模型转换为多列车误差动力学方程；基于多列车通信拓扑结构和所述多列车误差动力学方程，建立多列车分散事件触发协同控制条件模型；基于多列车通信拓扑结构和多列车分散事件触发协同控制条件模型，建立多列车低增益抗饱和协同控制器。本发明专利技术提供的方法，能够实现多列车协同控制，并且能够降低通信频率、控制器切换次数。

【技术实现步骤摘要】
基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法
本专利技术涉及高速列车运行控制
，尤其涉及一种基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法。
技术介绍
相较于人工驾驶的方式，列车自动驾驶系统(ATO)通过列车定位和速度控制能够实现精确停车、提高列车运行效率、提升运行舒适度以及节约运行能耗。目前高速铁路仍采用固定闭塞或准移动闭塞制式，列车之间的距离大，运行效率低，在高速铁路智能化、网络化、数字化的背景下，研究移动闭塞方式下的多列车协同运行是未来的必然趋势。目前对于多列车协同控制的研究，大多没有考虑到列车的位置和速度等状态信息是按照周期性采样的，具有离散特性，若在控制器设计过程未考虑信息的离散特性，则会降低控制器性能指标，严重时会影响列车控制系统的稳定性，使列车偏离追踪的目标曲线，发生抖动，降低列车运行的平稳性和增加能耗，甚至影响列车运行的安全。在列车运行过程中，由于通信资源的限制，车与车之间的信息传输，实时的可靠、大容量信息传输使不实际，并且由于车载控制器的机械特性无法实现以采样周期高频率更新。使用事件触发机制能够克服以上困难。现有的时间触发方式是将系统的信息的采集、传输以及处理以固定时间间隔驱动，而事件触发控制方式以事件为驱动，在保证控制性能不降低的前提下，能够减少系统之间的通信次数和控制器切换次数。此外，由于列车的实际牵引/制动特性，在控制器设计过程中，需要考虑列车的控制器存在饱和现象，以免影响控制性能的降低，通过低增益抗饱和控制器设计方法可以有效地解决此问题，并能够提高系统收敛速度。>
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法，用于解决现有技术中存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法，包括：针对同一条线路上运行的多辆列车，对每辆列车进行纵向受力分析，建立高速列车单质点模型；基于图论，分析多列车协同控制的通信拓扑，获得多列车通信拓扑结构；基于高速列车单质点模型和多列车通信拓扑结构，定义多列车的追踪目标，将高速列车单质点模型转换为多列车误差动力学方程；基于多列车通信拓扑结构和多列车误差动力学方程，建立多列车分散事件触发协同控制条件模型；基于多列车通信拓扑结构和多列车分散事件触发协同控制条件模型，建立多列车低增益抗饱和协同控制器。优选地，针对同一条线路上运行的多辆列车，对每辆列车进行纵向受力分析，建立高速列车单质点模型包括：针对同一条线路上运行的n辆列车，建立列车纵向动力学模型：其中，xi(t)、vi(t)和mi(t)分别是第i辆列车的位置、速度和质量，Ti(t)是第i辆列车的控制作用，即牵引/制动力，f(vi)为第i辆列车受到的单位质量的运行阻力，表示为f(vi)＝c1+c2vi+c3vi2，其中c1、c2和c3是戴维斯方程系数；基于列车纵向动力学模型，设计列车的牵引/制动力Ti(t)，形式为Ti(t)＝miui(t)+mif(vi)(2)，其中，ui(t)是待设计的抗饱和的协同控制项，用于使列车与相邻列车状态一致运行；miui(t)是协同控制项，用于控制列车与相邻列车状态一致地协同运行，mif(vi)是补偿列车运行时受到的阻力；将算式(2)带入到算式(1)中，获得令第i辆列车的目标位置和目标巡航速度分别为和vd，式中，ld为列车间最小安全距离；定义相邻列车的追踪间隔ni＝xi-xi+1,i∈I[1,n-1]。优选地，基于图论，分析多列车协同控制的通信拓扑，获得多列车通信拓扑结构包括：设所有列车之间通过通信网络进行双向信息传输，将多列车协同控制的通信拓扑转换为加权无向图的形式，获得多列车通信拓扑结构G＝(V,W,A)；其中，V＝{v1,v2,…,vn}是列车组成的节点的集合，表示边集合，A＝[aij]∈Zn×n为邻接矩阵，若列车i可以与列车j进行通信，则aij>0，否则aij＝0，且令aii＝0，D为加权无向图G的入度矩阵，表示为D＝diag{degin(vi),i∈I[1,n]}，其中加权无向图图G的拉普拉斯矩阵定义为L＝D-A；定义Ni为列车的拓扑-邻接集，表示为Ni＝{vj:(vj,vi),j∈I[1,n]}；若列车i可以获得无线闭塞中心的信息，能够得到目标速度距离曲线，则hi＝1，否则，hi＝0；令H＝diag{h1,h2,…,hn}，定义Q＝L+H，λmax＝max{λ(Q)}表示Q的最大特征值，λmin＝min{λ(Q)}表示Q的最小特征值。优选地，基于高速列车单质点模型和多列车通信拓扑结构，定义多列车的追踪目标，将高速列车单质点模型转换为多列车误差动力学方程包括：令yi＝[xi-xid,vi-vd]T表示追踪误差，则第i辆列车的误差动力学方程为：定义Y(t)＝[y1(t)y2(t)…yn(t)]T，U(t)＝[u1(t)u2(t)…un(t)]T，获得多列车误差动力学方程其中，表示Kronecker积，多列车协同控制的目标表示为其中，||·||表示L2范数。优选地，多列车分散事件触发协同控制条件模型包括：其中，表示第i辆列车第ki次控制器的更新时间，yi(kτ)表示列车的离散采样状态信息，表示列车最新一次事件触发时的状态，是临车最近一次发送的状态信息，并且参数满足μ为范围待定正常数，Θ＝P(ω)BBTP(ω)，P(ω)是满足Riccati方程ATP(ω)+P(ω)A-P(ω)BBTP(ω)＝-(ω)P(ω)的解，inf{·}表示集合的下确界。优选地，多列车低增益抗饱和协同控制器包括：其中，β为待设计参数，参数ω满足如下关系：其中μ满足由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术提供的一种基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法，包括如下步骤：针对同一条线路上运行的多辆列车，对每辆列车进行纵向受力分析，建立高速列车单质点模型；基于图论，分析多列车协同控制的通信拓扑，获得多列车通信拓扑结构；基于高速列车单质点模型和多列车通信拓扑结构，定义多列车的追踪目标，将高速列车单质点模型转换为多列车误差动力学方程；基于多列车通信拓扑结构和所述多列车误差动力学方程，建立多列车分散事件触发协同控制条件模型；基于多列车通信拓扑结构和多列车分散事件触发协同控制条件模型，建立多列车低增益抗饱和协同控制器。本专利技术提供的方法，具有如下有益效果：第一，在进行多列车协同控制过程中，考虑了信息在实际中采集、传输、处理过程中的周期离散特性，使用事件触发控制方法，仅当触发事件满足时，更新本车控制信号，同时向相邻列车发送更新后的列车状态信息，降低了控制器的更新次数，以及车与车之间的通信次数。第二，由于列车控制器的饱和现象，使得控制器的输出是有界的，在控制器的设计过程中使用低增益抗饱和协同控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法，其特征在于，包括：/n针对同一条线路上运行的多辆列车，对每辆列车进行纵向受力分析，建立高速列车单质点模型；/n基于图论，分析多列车协同控制的通信拓扑，获得多列车通信拓扑结构；/n基于所述高速列车单质点模型和所述多列车通信拓扑结构，定义多列车的追踪目标，将所述高速列车单质点模型转换为多列车误差动力学方程；/n基于所述多列车通信拓扑结构和所述多列车误差动力学方程，建立多列车分散事件触发协同控制条件模型；/n基于所述多列车通信拓扑结构和所述多列车分散事件触发协同控制条件模型，建立多列车低增益抗饱和协同控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于离散通信数据的多列车分散事件触发控制的方法，其特征在于，包括：
针对同一条线路上运行的多辆列车，对每辆列车进行纵向受力分析，建立高速列车单质点模型；
基于图论，分析多列车协同控制的通信拓扑，获得多列车通信拓扑结构；
基于所述高速列车单质点模型和所述多列车通信拓扑结构，定义多列车的追踪目标，将所述高速列车单质点模型转换为多列车误差动力学方程；
基于所述多列车通信拓扑结构和所述多列车误差动力学方程，建立多列车分散事件触发协同控制条件模型；
基于所述多列车通信拓扑结构和所述多列车分散事件触发协同控制条件模型，建立多列车低增益抗饱和协同控制器。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的针对同一条线路上运行的多辆列车，对每辆列车进行纵向受力分析，建立高速列车单质点模型包括：
针对同一条线路上运行的n辆列车，建立列车纵向动力学模型：



其中，xi(t)、vi(t)和mi(t)分别是第i辆列车的位置、速度和质量，Ti(t)是第i辆列车的控制作用，即牵引/制动力，f(vi)为第i辆列车受到的单位质量的运行阻力，表示为f(vi)＝c1+c2vi+c3vi2，其中c1、c2和c3是戴维斯方程系数；
基于所述列车纵向动力学模型，设计列车的牵引/制动力Ti(t)，形式为Ti(t)＝miui(t)+mif(vi)(2)，
其中，ui(t)是待设计的抗饱和的协同控制项，用于使列车与相邻列车状态一致运行；miui(t)是协同控制项，用于控制列车与相邻列车状态一致地协同运行，mif(vi)是补偿列车运行时受到的阻力；
将算式(2)带入到算式(1)中，获得
令第i辆列车的目标位置和目标巡航速度分别为和vd，式中，ld为列车间最小安全距离；
定义相邻列车的追踪间隔ni＝xi-xi+1,i∈I[1,n-1]。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的基于图论，分析多列车协同控制的通信拓扑，获得多列车通信拓扑结构包括：
设所有列车之间通过通信网络进行双向信息传输，将多列车协同控制的通信拓扑转换为加权无向图的形式，获得所述多列车通信拓扑结构G＝(V,W,A)；
其中，V＝{v1,v2,...

【专利技术属性】
技术研发人员：董海荣，白卫齐，郑玥，宋海锋，李浥东，周敏，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11