用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法技术

本发明专利技术涉及一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法，包括内嵌在循迹控制器内的第一循迹控制子方法以及内嵌在转向协调控制器内的第二循迹控制子方法；所述的第一循迹控制子方法采用对角优势矩阵设计单输入单输出循迹控制算法实现循迹；所述的第二循迹控制子方法以铰接系统横向受力最小化为控制目标实现循迹。与现有技术相比，本发明专利技术具有使车辆系统受力更加合理、提高车辆系统的曲线通过性能、算法结构简单、鲁棒性强等优点。鲁棒性强等优点。鲁棒性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法


[0001]本专利技术涉及虚拟轨道列车
，尤其是涉及一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法。

技术介绍

[0002]虚拟轨道交通系统是一种采用城市轨道交通运行管理模式的汽车列车系统，兼具传统有轨电车运量大、运行平稳性高以及公共汽车和BRT适应性强、道路建设成本较低的优点。其中，多轮协同转向控制技术是实现车辆各个车体模块有效地跟随既有线路的核心技术。然而，多轮协同转向控制技术受制于车辆架构类型，尤其对于横向超静定受力架构的虚拟轨道列车而言，其循迹控制方法尤为关键，直接影响了车辆的动力学性能和曲线通过性能。
[0003]目前，针对各种架构的虚拟轨道列车的路径跟随控制已有一定的研究，如中国专利CN107963125A中公开了一种采用六轴三节编组架构的虚拟轨道列车轨迹跟随控制方法、系统及列车。中国专利CN105235758A中公开了一种采用三模块五轴架构的动力分散型轨迹跟随的胶轮低地板智能轨道列车。中国专利CN110244731A中公开了一种三节编组虚拟轨道列车主动循迹控制方法。中国专利CN109501830A中公开了一种采用四模块六轴架构的无轨电车及其转向控制铰接系统。以上专利中提到的各种车辆架构具有一个相同的特点，即横向超静定受力。这意味着以上各种车辆系统将存在一个共性问题：如果无法很好地协调各个悬架车轮的转向角度，系统内部将存在较大的内力，主要表现为安装在相邻车体之间的铰接系统横向受力较大，同时轮胎力也较大，而现有技术中均未考虑横向超静定受力。

技术实现思路

[0004]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使车辆系统受力更加合理、提高车辆系统的曲线通过性能、算法结构简单、鲁棒性强用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法，所述的软解耦循迹控制方法包括内嵌在循迹控制器内的第一循迹控制子方法以及内嵌在转向协调控制器内的第二循迹控制子方法；
[0007]所述的第一循迹控制子方法采用对角优势矩阵设计单输入单输出循迹控制算法实现循迹；
[0008]所述的第二循迹控制子方法以铰接系统横向受力最小化为控制目标实现循迹。
[0009]优选地，所述的第一循迹控制子方法具体为：
[0010]步骤1：建立循迹悬架与车体组成的车辆系统的横向运动学微分方程，并将其转换为车辆系统传递函数矩阵；
[0011]步骤2：基于系统传递函数矩阵设置分频段前馈补偿器，将其解耦为对角优势矩
阵；
[0012]步骤3：基于对角优势矩阵设置单输入单输出循迹控制算法。
[0013]更加优选地，所述的循迹控制器用于循迹悬架与车体组成的车辆系统的运动学解耦控制以实现列车的定位和循迹行驶。
[0014]更加优选地，所述的循迹悬架根据车辆系统动力学传递函数矩阵的对角优势度选取，其数目等于虚拟轨道列车的横摆和横移左右度数目的总和n
f
。
[0015]更加优选地，所述的转向协调控制器用于协同悬架的协调控制以使铰接系统横向受力最小化，进而使整列车等效为多个横向静定受力的车辆模块，实现多个车辆模块之间的软解耦，从而优化列车的受力状态。
[0016]更加优选地，所述的协同悬架是根据车辆系统传递函数矩阵的对角优势选取，其数目n
v
等于虚拟轨道列车悬架数目n与列车的横摆和横移自由度数目n
f
总合之差，即n
v
＝n
‑
n
f
。
[0017]更加优选地，所述的车辆系统传递函数矩阵的获取方法为：通过车辆横向运动微分方程通过拉氏变换获得。
[0018]更加优选地，所述的软解耦循迹控制方法还包括：
[0019]将车辆系统传递函数矩阵的对角优势度从小到大进行排序，选取前n
f
个对角优势度对应位置的悬架为循迹悬架，选取其余n
v
个悬架为协同悬架。
[0020]更加优选地，所述第一循迹控制子方法的步骤1具体为：
[0021]建立循迹悬架与车体组成的车辆系统的横向运动学微分方程，并利用数学工具将其转换为系统传递函数矩阵，其中横向运动学微分方程包括各个车体的横移和横摆自由度。
[0022]更加优选地，所述的第二循迹控制子方法具体为：
[0023]以铰接系统横向受力最小化为控制目标，通过调整协同悬架的车轮转向角，以使各个车体模块达到理想循迹状态时所需的侧向力均由其所属悬架的轮胎力提供。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]一、使车辆系统受力更加合理：本专利技术中的循迹控制方法综合考虑了车辆的循迹性能和动力学性能，通过合理地协调协同悬架与循迹悬架的车轮转向角度，实现了铰接系统横向受力最小化，从而使横向超静定受力车辆系统近似等效为静定受力系统。
[0026]二、提高车辆系统的曲线通过性能：由于本专利技术中的循迹控制方法可以有效降低铰接受力，同时实现车辆系统的解耦控制，因此车辆在通过曲线(尤其是小半径曲线)过程中，相邻车体之间的运动干涉大大降低，这将有利于车辆通过曲线路径。
[0027]三、算法结构简单，鲁棒性强：本专利技术中的转向循迹控制方法算法结构较为简单，通过系统解耦将多输入多输出控制系统转换为多个单输入单输出系统，降低了算法的复杂度，降低了各个单变量控制系统之间的交连作用，提高了控制系统的鲁棒性。
附图说明
[0028]图1为本专利技术中软解耦循迹控制方法的示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例中三模块六轴虚拟轨道列车的结构示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例中解耦控制原理示意图。
具体实施方式
[0031]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例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。
[0032]一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法，如图1所示，循迹控制过程分为两个子任务：1)循迹控制器：循迹悬架与车体组成的车辆系统的运动学解耦控制以实现列车的循迹行驶；2)转向协调控制器：协同悬架的协调控制以使铰接系统横向受力最小化，进而使整列车等效为多个横向静定受力的车辆模块，实现多个车辆模块之间的软解耦，从而优化列车的受力状态。
[0033]因此，本实施例中的软解耦循迹控制方法包括内嵌在循迹控制器内的第一循迹控制子方法以及内嵌在转向协调控制器内的第二循迹控制子方法；第一循迹控制子方法采用对角优势矩阵设计单输入单输出循迹控制算法实现循迹；第二循迹控制子方法以铰接系统横向受力最小化为控制目标实现循迹。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法，其特征在于，所述的软解耦循迹控制方法包括内嵌在循迹控制器内的第一循迹控制子方法以及内嵌在转向协调控制器内的第二循迹控制子方法；所述的第一循迹控制子方法采用对角优势矩阵设计单输入单输出循迹控制算法实现循迹；所述的第二循迹控制子方法以铰接系统横向受力最小化为控制目标实现循迹。2.根据权利要求1所述的一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法，其特征在于，所述的第一循迹控制子方法具体为：步骤1：建立循迹悬架与车体组成的车辆系统的横向运动学微分方程，并将其转换为车辆系统传递函数矩阵；步骤2：基于系统传递函数矩阵设置分频段前馈补偿器，将其解耦为对角优势矩阵；步骤3：基于对角优势矩阵设置单输入单输出循迹控制算法。3.根据权利要求2所述的一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法，其特征在于，所述的循迹控制器用于循迹悬架与车体组成的车辆系统的运动学解耦控制以实现列车的定位和循迹行驶。4.根据权利要求3所述的一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法，其特征在于，所述的循迹悬架根据车辆系统动力学传递函数矩阵的对角优势度选取，其数目等于虚拟轨道列车的横摆和横移左右度数目的总和n
f
。5.根据权利要求2所述的一种用于横向超静定受力虚拟轨道列车的软解耦循迹控制方法，其特征在于，所述的转向协调控制器用于协同悬架的协调控制以使铰接系统横向受力最小化，进而使整列车等效为多个横向静定受力的车辆模块，实现多个车辆模块之间的软解耦，从而优化列车的受力状态。6.根据权利要求5所述的一种用于横向超...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷涵，任利惠，季元进，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：