基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法，该方法包括以下步骤：步骤1、在DTG

【技术实现步骤摘要】
基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通信号控制领域，尤其是涉及一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通在城市公共交通中起着重要作用，承载了大量的城市客流。然而随着城市轨道交通技术的日新月异，一些建设比较早的线路迫切需要技术升级以应对日益增长的客流压力。如上海2号线全线建设为分段开通，时间跨度较大，其中首通路段已经到了大修年限，需要大修升级成CBTC信号系统，而其它路段尚未达到大修年限，既有轨道电路还需保留使用。为了不影响日常运营，能够平稳地从既有的TBTC信号系统逐步过渡到CBTC信号系统，车载需要同时兼容TBTC和CBTC两种制式信号系统。
[0003]在多制式兼容性车载系统中，由既有的车载预处理单元设备DTG(Distance To Go)接收既有音频轨道电路信号，生成目标速度曲线，新集成的车载控制器CC(Carborne Controller)从DTG接收目标速度命令，控制列车区间运行。这里涉及到三种不同周期，车载预处理单元DTG的计算周期，车载控制器CC的控制周期，两个设备之间的消息接口周期。车载预处理单元设备与车载控制器(DTG
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CC)之间的接口通信采用Peer协议，消息间隔时间是不固定的，范围在600ms至900ms之间。
[0004]在列车从区间高限速巡航减速进入到低限速区域(如站台区域)过程中，DTG设备发送的是间隔周期不固定的递减目标速度命令序列，由于CC车载控制周期远小于DTG
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CC接口消息周期，从车载控制器CC角度观察，减速过程中的DTG目标速度命令序列是阶梯形的。如果车载控制器CC不加处理地直接使用接收到的目标速度命令进行ATO控车，那么由于接口消息周期比较长，使得列车在减速过程中会频繁地在制动和惰行状态之间切换，列车速度曲线也将类似一个阶梯形状的曲线。另外由于受重定位等因素影响，在这个减速阶段，DTG发送的目标速度命令并不总是递减的，会出现一个消息周期时刻的目标速度增大、之后目标速度命令继续递减的现象，上述现象都将严重影响列车性能和乘客舒适度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法，该方法不仅可以克服轨道电路信息周期长，获取周期不固定所带来的控车工况频繁切换问题，还可以避免由于重定位等因素引起的控车波动现象，以及由于DTG消息中目标速度命令大滞后引起的速度曲线凹坑现象。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、在DTG
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CC接口消息周期时刻，根据车载预处理单元DTG目标速度命令变化计算车载控制器CC控车状态；
[0009]步骤2、基于卡尔曼滤波算法计算参考速度及参考加速度的估计值；
[0010]步骤3、计算DTG目标速度命令扰动过程中的参考速度估计值；
[0011]步骤4、在CC控制周期时刻，根据参考速度及参考加速度的估计值来计算CC控车参考速度；
[0012]步骤5、设计CC控车参考加速度为零的拟平行滑动模态控制策略生成列车控制命令。
[0013]作为优选的技术方案，所述的步骤1中的车载控制器CC控车状态包括巡航状态、估计状态和扰动状态；
[0014]作为优选的技术方案，所述的巡航状态用于表示恒定限速下的CC控车状态；所述的估计状态用于表示列车从高限速区域进入到低限速区域的减速过程；所述的扰动状态出现在减速过程中，由重定位因素引起的DTG目标速度命令波动。
[0015]作为优选的技术方案，所述的步骤2只在DTG
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CC接口消息周期时刻计算，其中卡尔曼滤波算法动态过程模型间隔时间以CC控制周期进行计算。
[0016]作为优选的技术方案，所述的步骤2中的卡尔曼滤波算法估计参考速度初始值为进入估计状态之前收到的DTG目标速度。
[0017]作为优选的技术方案，所述的步骤2中的卡尔曼滤波算法估计参考加速度初始值根据日常运营特点来定，取值
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0.5m/s^2。
[0018]作为优选的技术方案，所述的步骤3只在DTG
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CC接口消息周期时刻计算，其中扰动状态时估计参考加速度取值为退出估计状态时刻的卡尔曼估计参考加速度。
[0019]作为优选的技术方案，所述的步骤4中的CC控车参考速度及参考加速度在CC控制周期时刻计算，其中在计算CC控车参考速度时使用的估计参考速度，需要根据控车状态选择卡尔曼估计参考速度或者扰动估计参考速度；CC控车参考加速度在两次DTG消息周期内保持恒定，即为收到DTG目标速度命令时刻计算的估计参考加速度。
[0020]作为优选的技术方案，所述的步骤5中的拟平行滑动模态控制策略是让列车速度、加速度跟随CC控车参考速度及CC控车参考加速度，包括：
[0021]计算列车控制命令时把CC控车参考加速度设为零；列车实际速度是沿着高于CC控车参考速度的虚拟平行曲线进行减速。
[0022]作为优选的技术方案，所述的步骤5还包括：
[0023]在列车速度进入到DTG目标速度设定阈值范围内，提前退出估计状态，进入到巡航状态。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025]1、本专利技术采取了基于卡尔曼滤波算法的参考速度、参考加速度估计以及拟平行滑动模态控制策略，可以克服轨道电路信息周期长，获取周期不固定所带来的控车工况频繁切换问题，实现多制式兼容性车载中阶梯形目标速度曲线的平滑跟踪控制，降低列车制动损耗及节约能耗。
[0026]2、本专利技术设计了三种CC控车状态，根据DTG目标速度变化判断CC控车状态，避免由于重定位等因素引起的控车波动现象，以及由于DTG目标速度命令大周期滞后引起的速度曲线凹坑现象，提高乘客舒适度。
附图说明
[0027]图1是本专利技术城市轨道交通列车多制式兼容性车载设备功能结构示意图；
[0028]图2是本专利技术城市轨道交通列车多制式兼容性车载区间运行目标速度曲线示意图；
[0029]图3是本专利技术城市轨道交通列车多制式兼容性车载阶梯形目标速度曲线平滑跟踪控制方法流程图；
[0030]图4是本专利技术城市轨道交通列车多制式兼容性车载控车状态转移示意图；
[0031]图5是本专利技术城市轨道交通列车多制式兼容性车载扰动状态下的估计参考速度计算示意图；
[0032]图6是本专利技术城市轨道交通列车多制式兼容性车载拟平行滑动模态控制策略示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、在DTG
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CC接口消息周期时刻，根据车载预处理单元DTG目标速度命令变化计算车载控制器CC控车状态；步骤2、基于卡尔曼滤波算法计算参考速度及参考加速度的估计值；步骤3、计算DTG目标速度命令扰动过程中的参考速度估计值；步骤4、在CC控制周期时刻，根据参考速度及参考加速度的估计值来计算CC控车参考速度；步骤5、设计CC控车参考加速度为零的拟平行滑动模态控制策略生成列车控制命令。2.根据权利要求1所述的一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤1中的车载控制器CC控车状态包括巡航状态、估计状态和扰动状态。3.根据权利要求2所述的一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法，其特征在于，所述的巡航状态用于表示恒定限速下的CC控车状态；所述的估计状态用于表示列车从高限速区域进入到低限速区域的减速过程；所述的扰动状态出现在减速过程中，由重定位因素引起的DTG目标速度命令波动。4.根据权利要求1所述的一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤2只在DTG
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CC接口消息周期时刻计算，其中卡尔曼滤波算法动态过程模型间隔时间以CC控制周期进行计算。5.根据权利要求1所述的一种基于阶梯形目标速度曲线的列车平滑跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤2中的卡尔曼滤波算法估计参考速度初始值为进入估计状态之前收到的DTG目标速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾立忠，吕新军，戴虎，职文超，王维旸，熊波，
申请(专利权)人：卡斯柯信号有限公司，
类型：发明
国别省市：