城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法技术方案

本发明专利技术属于城市轨道交通车站技术领域，公开了一种城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法，利用正马尔科夫系统对城市轨道交通车站控制系统进行建模，设计了混杂事件触发机制，引入异步滤波器对系统状态输出估计。首先，利用传感器设备采集系统自身固有信息，建立城市轨道交通车站控制系统的空间状态模型；随后，基于隐马尔可夫模型，建立了异步自适应事件触发故障检测框架；然后，针对系统突发故障等问题以及系统资源利用率问题设计混杂自适应事件触发滤波器。本发明专利技术有效解决了城市轨道交通车站控制系统的故障信号存在下的处理问题，且在系统安全稳定运行的情况下，节省了一定的系统资源，释放了不必要的算力。释放了不必要的算力。释放了不必要的算力。

【技术实现步骤摘要】
城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法


[0001]本专利技术属于城市轨道交通车站
，尤其涉及一种城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通具有安全、快捷、准时、大运量、绿色环保等突出优点，对推进城市现代化进程、改善交通运输环境、引导优化城市空间布局、带动城市经济创新发展发挥了巨大的推动作用，被各级政府和市民所接受。
[0003]在城市轨道交通车站中，初期客流远低于设计客流，客流小，就不得不加大行车间隔，增加了乘客候车时间，一方面体现不出轨道交通快捷迅速的特点，另一方面，降低了轨道交通对民众出行的吸引力。在实际的城市轨道交通车站的客流量会受到各种复杂因素的影响，如果不采取正确的控制策略，就会导致城市轨道交通系统不能得到及时的调控和解决进而导致拥堵等一系列问题，甚至导致交通系统不能正常运行或瘫痪。
[0004]针对车站客流量的特点进行分析，提出最优的控制策略，当客流量较小时可以提出基于时间触发序列的客流量控制策略，而当客流量较大时，就需要进行分析，是否还能能够继续流入，面对诸如此类的限制，自然地可引入基于事件触发的客流量控制策略。那么综合起来分析，最终可生成基于混合触发的客流量控制策略。另外，车站的客流承载域是有限度的，在大客流的情况下也会达到饱和状态而不能再融入更多的客人，针对这种问题，在采取控制策略的时候就可以考虑饱和现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法,构建了基于混合触发机制的异步滤波器，分析了其联合系统的正性及稳定性，设计了事件触发滤波器的系统矩阵，使车站客流量监控预测更加高效、更加准确的方法为解决上述技术问题，本专利技术的一种城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法的具体技术方案如下：
[0006]一种城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：构建城市轨道交通系统的正系统状态空间模型；
[0008]步骤2：建立城市轨道交通系统的自适应事件触发控制条件；
[0009]步骤3：设计城市轨道交通系统的滤波器结构框架；
[0010]步骤4：建立系统模型的正性及稳定性条件；
[0011]步骤5：验证在所设计的滤波器下所构造的城市轨道交通系统的正性；
[0012]步骤6：验证在所设计的滤波器下所构造的城市轨道交通系统的随机稳定性。
[0013]进一步地，步骤1的具体步骤如下：
[0014]通过数据采集，利用传感器设备采集城市轨道交通车站的客流数据，构造城市轨道交通车站系统的状态空间模型，形式如下：
[0015][0016][0017]其中，指在k时刻城市轨道交通系统中n座车站站点的客流量数据，表示k时刻城市轨道交通系统中车站的实际客流，表示在车站环境内突发因素存在的扰动情况，且扰动输入定义在m维的正空间，表示控制系统运行时存在的故障信号，行时存在的故障信号，是相应维数的系统矩阵，φ
k
表示马尔科夫跳变过程，其过程满足于P(φ
k+1
＝j|φ
k
＝i)＝π
ij
，
[0018]进一步地，步骤2的具体步骤如下：
[0019]建立城市轨道交通车站系统的自适应触发机制条件，设计城市轨道交通车站的一种混杂自适应事件触发探测框架，为区别不同触发形式，首先，定义如下分段函数：定义在k
l
时刻为第l次事件触发瞬间，且当k∈[k
l
,k
l+1
)时，其次，误差项e
y
(k)由和y(k)定义，描述为进而一个自适应的线性事件触发控制律被描述为：
[0020]‖e
y
(k)‖1＞β(k)‖y(k)‖1,
[0021]其中，是一个已知的参数，β(k)满足下列自适应律
[0022][0023]其中，β(k0)＞0是给定的常数。
[0024]进一步地，步骤3的具体步骤如下：
[0025]滤波器结构设计：定义故障检测滤波器的输入基于伯努利分布α(k)，提出混杂自适应事件触发机制：
[0026][0027]其中，为了检测故障信号f(k)，一个混杂自适应事件触发的异步故障检测结构被提出：
[0028][0029][0030]其中，是故障检测滤波器系统的状态，符号ρ
k
满足一个隐马尔科夫跳变过程，状态转移概率依P(ρ
k
＝b|φ
k
＝i)＝λ
ib
分布，其中0≤λ
ib
≤1，是残差信号，是增益矩阵，进一步，将城市轨道交通车站系统状态和异步滤
波器状态进行如下定义：定义T表示矩阵的转置，增广系统被建立：
[0031][0032][0033]其中，
[0034][0035][0036]定义如下符号：当和有有定义假定矩阵A
i
≥0,B
i
≥0,C
i
≥0,D
i
≥0,E
i
≥0,F
i
≥0，
[0037]随后，引入故障检测机制，引入残差评估函数，对滤波器输出的1范数进行数学期望的运算；评估阈值设置为当故障不存在时的值，对于故障检测机制采用阈值报警策略。
[0038]进一步地，步骤4的具体步骤如下：
[0039]城市轨道交通车站系统在执行器故障情况下平稳运行的条件设计，针对以上所述的城市轨道交通系统，建立系统模型的正性及稳定性条件，如下：
[0040]设计常数τ＞0，γ＞0，ε＞0，n维非负向量η
b
，g维非负向量ψ
b
，θ
b
，对于使得下列不等式成立：
[0041][0042][0043][0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050]其中，设计滤波器系统的增益矩阵为：
[0051][0052]则增广系统是正的、随机稳定的且具有l1增益指标。
[0053]进一步地，步骤5的具体步骤如下：
[0054]在所设计的滤波器系统下验证所构造的轨道交通车站系统的正性，其验证过程如下：
[0055]给定系统的初始状态及条件w(k)≥0,f(k)≥0,根据系统矩阵的正性，可以得出y(0)≥0；误差项e
y
(0)可转化为区间形式此时滤波器误差增广系统被写作：
[0056][0057][0058]通过给定的不等式条件(a)
‑
(c)，可以得出
[0059][0060][0061][0062]根据正系统的定义，且r(0)≥0，在数学归纳法下，对于任意的w(k)≥0，f(k)≥0，得出且r(k)≥0，进而，滤波器误差增广系统是正的，由系统的正性可以得出：
[0063][0064]进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建城市轨道交通系统的正系统状态空间模型；步骤2：建立城市轨道交通系统的自适应事件触发控制条件；步骤3：设计城市轨道交通系统的滤波器结构框架；步骤4：建立系统模型的正性及稳定性条件；步骤5：验证在所设计的滤波器下所构造的城市轨道交通系统的正性；步骤6：验证在所设计的滤波器下所构造的城市轨道交通系统的随机稳定性。2.根据权利要求1所述的城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法，其特征在于，步骤1的具体步骤如下：通过数据采集，利用传感器设备采集城市轨道交通车站的客流数据，构造城市轨道交通车站系统的状态空间模型，形式如下：通车站系统的状态空间模型，形式如下：其中，指在k时刻城市轨道交通系统中n座车站站点的客流量数据，表示k时刻城市轨道交通系统中车站的实际客流，表示在车站环境内突发因素存在的扰动情况，且扰动输入定义在m维的正空间，表示控制系统运行时存在的故障信号，时存在的故障信号，是相应维数的系统矩阵，φ
k
表示马尔科夫跳变过程，其过程满足于3.根据权利要求2所述的城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法，其特征在于，步骤2的具体步骤如下：建立城市轨道交通车站系统的自适应触发机制条件，设计城市轨道交通车站的一种混杂自适应事件触发探测框架，为区别不同触发形式，首先，定义如下分段函数：定义在k
l
时刻为第l次事件触发瞬间，且当k∈[k
l
,k
l+1
)时，其次，误差项e
y
(k)由和y(k)定义，描述为进而一个自适应的线性事件触发控制律被描述为：‖e
y
(k)‖1＞β(k)‖y(k)‖1,其中，其中，是一个已知的参数，β(k)满足下列自适应律其中，β(k0)＞0是给定的常数。4.根据权利要求3所述的城市轨道交通车站正系统建模与混杂滤波器设计方法，其特征在于，步骤3的具体步骤如下：滤波器结构设计：定义故障检测滤波器的输入基于伯努利分布α(k)，提出混杂自
适应事件触发机制：其中，为了检测故障信号f(k)，一个混杂自适应事件触发的异步故障检测结构被提出：件触发的异步故障检测结构被提出：其中，是故障检测滤波器系统的状态，符号ρ
k
满足一个隐马尔科夫跳变过程，状态转移概率依P(ρ
k
＝b|φ
k
＝i)＝λ
ib
分布，其中0≤λ
ib
≤1，是残差信号，是增益矩阵，进一步，将城市轨道交通车站系统状态和异步滤波器状态进行如下定义：定义T表示矩阵的转置，增广系统被建立：T表示矩阵的转置，增广系统被建立：其中，其中，定义如下符号：当和有有定义假定矩阵A
i
≥0,B
i
≥0,C
i
≥0，D
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊锋，邓宣金，冯迎港，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：