基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法，该方法包括：步骤A：建立“位移

【技术实现步骤摘要】
基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通列车运行自动驾驶领域，尤其是涉及一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法。

技术介绍

[0002]虚拟编组(Virtual Coupling)是近年来铁路运输组织的一个新理念，它使用无线车
‑
车通信代替机械联挂，实现不同型号列车的虚拟编组。列车虚拟编组后，行车间隔极大缩短，能够进一步提高线路的运输能力。由于列车间隔的缩短，对于列车间隔与速度的控制普遍接受的观点是由设备自动执行，而不需要司机手动操作。而传统的列车自动驾驶(ATO)控制方法均是针对单列车驾驶所设计，面对新兴的虚拟编组场景下的多列车协同驾驶控制的解决方案较少，因此如何在模型不确定性和外部干扰的影响下，实现虚拟编组列车的位置、速度和加速度跟踪控制，成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]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自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法。
[0004]本专利技术的目的可以通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤A：分析虚拟编组中各列车的纵向受力情况与各列车加速度对控制命令响应的过程，建立“位移
‑
速度
‑
响应加速度”三阶运动学微分方程组的列车运动学模型；步骤B：定义编组中第一列车与预设目标曲线的速度跟踪误差、加速度跟踪误差，构造该列车的非奇异终端滑模面；步骤C：基于时间延迟策略，计算编组中其余跟随列车的目标曲线，并定义编组中跟随列车的组合误差，以及构造基于组合误差的非奇异终端滑模面；步骤D：根据非奇异终端滑模面与列车运动学模型，分别进行虚拟编组第一列车与其余跟随列车的协同自动驾驶控制器设计，得到闭环控制律；步骤E：考虑各列车未知参数估计值，利用李雅普诺夫稳定性理论，得到未知参数的自适应律。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法，其特征在于，所述的步骤A具体为：虚拟编组中各列车的纵向受力情况描述为：虚拟编组列车对控制命令的动态响应过程模型描述为：其中，下标i表示虚拟编组中第i列车；m
i
为第i列车的质量；x
1,i
为列车i的位移；x
2,i
为列车i的速度；为列车i的加速度；u
e,i
为列车i的牵引系统或制动系统根据控制命令响应而实际作用于驱动列车的牵引力或制动力；是u
e,i
的导数；f
R,i
＝f
b,i
+f
g,i
，其中f
R,i
为列车i所受到的阻力，为列车i所受到的基本阻力，f
g,i
＝m
i
gγ(x
1,i
)为列车i所受到的线路坡度阻力；c
0,i
，c
1,i
，c
2,i
表示列车i的基本阻力戴维斯方程的系数；g为重力加速度；γ为列车运行的轨道坡度；d
i
为未知的扰动阻力；u
c,i
为列车i的自动驾驶系统输出的牵引力或制动力控制命令；T
i
为列车i的牵引系统或制动系统响应时间常数。3.根据权利要求1所述的一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法，其特征在于，所述的步骤B具体为：步骤B1：定义虚拟编组中第一列车与预设目标曲线的速度跟踪误差、加速度跟踪误差为：其中e
2,1
和e
3,1
分别表示虚拟编组中第一列车的速度误差和加速度误差，x
r2,1
和分别表示第一列车需要跟踪的预设目标速度、目标加速度；步骤B2：构造第一列车的非奇异终端滑模面为：
其中s1表示第一列车的滑模面，w1和k
0,1
均为设定的第1列车的滑模面参数。4.根据权利要求3所述的一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法，其特征在于，所述的e
2,1
、e
3,1
、x
r2,1
和通过车
‑
地、车
‑
车通信方式获取，为已知的信息。5.根据权利要求3所述的一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法，其特征在于，所述的w1和k
0,1
满足以下条件：0＜w1＝p1/q1＜1，p1、q1为正奇数，k
0,1
＞0。6.根据权利要求1所述的一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法，其特征在于，所述的步骤C中的组合误差包括组合位移误差和组合速度误差。7.根据权利要求6所述的一种基于自适应非奇异终端滑模的虚拟编组列车协同控制方法，其特征在于，所述的步骤C具体为：步骤C1：基于时间延迟策略，计算虚拟编组中跟随列车在t时刻的目标曲线为：其中，t
g,i
‑1表示虚拟编组中第i列车与它前方列车的时间间隔；i＝2，3，
…
，n，其中n为协同自动驾驶虚拟编组的列车总数；x
r1,i
(t)为第i列车的目标位移曲线；x
r2,i
(t)为第i列车的目标速度曲线；x
r1,i
‑1为第i
‑
1列车的目标位移曲线；x
r2,i
‑1为第i
‑
1列车的目标速度曲线；步骤C2：定义虚拟编组中跟随列车的组合位移误差、组合速度误差为：其中，z
1,i
为跟随列车的组合位移误差，z
2,i
为跟随列车的组合速度误差，α＞β≥0为组合误差系数，σ
1,i
为第i列车与第i
‑
1列车的相对位移误差，σ
1,(1,i)
为第i列车与第1列车的相对位移误差，σ
1,(n,i)
为第i列车与第n列车的相对位移误差，定义如下：其中σ
2,(1,i)
为第i列车...

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