一种动车组列车控制方法、系统、电子设备及存储介质技术方案

本发明专利技术涉及一种动车组列车控制方法、系统、电子设备及存储介质，属于列车运行控制领域。该方法包括：获取动车组列车每节车厢的受力情况、速度以及位置；根据所述受力情况、速度以及位置，构建动车组列车轨迹跟踪控制模型；利用所述动车组列车轨迹跟踪控制模型对设定时间范围内的动车组列车跟踪误差、车钩力以及能耗进行预测，得到第一预测结果；根据所述第一预测结果，构建离散的优化目标模型；获取动车组列车的运行轨迹，利用所述离散的优化目标模型，对所述动车组列车的运行轨迹进行优化，得到优化结果；将所述优化结果反馈至动车组列车的各动力单元，调整动力组列车的车头和车辆的位置和速度。本发明专利技术降低了列车运行的能耗。本发明专利技术降低了列车运行的能耗。本发明专利技术降低了列车运行的能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种动车组列车控制方法、系统、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及列车运行控制领域，特别是涉及一种动车组列车一体化控制方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]随着中国经济社会的快速发展，人口密度逐渐提高，安全便捷的出行成为中国城市居民日常工作生活的重要组成部分，随之而来的是对交通运输系统更加严厉的考验。动车组列车具有速度快、效率高、占地少、能耗低、污染小的优势，在中国交通运输体系起到重要的骨干作用。列车自动驾驶系统能够完成复杂参数的自动控制，在保障列车运行安全的基础上，同时也使得运行的效率、旅客的舒适度、节能以及停车精度等性能指标得到提高。更重要的是自动驾驶能够减少工作人员失误，改善工作条件，提高系统可靠性。
[0003]中国动车组列车均为动力分散式，但动力控制集中，动车组列车编组多样，有8节车辆的编组、16节车辆的编组，也有由两列8节车辆编组重联构成的16节车辆编组；不同编组的动车组列车中动车、拖车比例及排列方式不同，其中动车既能提供牵引力又能提供制动力，拖车只能提供制动力。当列车开启自动驾驶模式时，ATO根据运行时分、车辆参数、线路参数等计算推荐速度曲线，然后控制器利用PID控制算法输出列车控制指令；车辆根据ATO输出的控制指令，计算各动力单元的牵引/制动指令，最后完成对列车牵引/制动的控制。
[0004]综上所述，现有动车组列车ATO中轨迹跟踪控制方法存在如下缺陷：
[0005]1、目前，动车组列车的控制指令由ATO中的控制器算法输出后发送给车辆控制单元，车辆控制单元根据动力单元数量平均分配牵引力/制动力。然而，实际列车运行过程中每个动力单元的状态存在差异(如每个动力单元所在位置的坡度不同，每个动力单元的质量不同，以及每个动力单元所受的阻力不同等)，直接给每个动力单元平均分配牵引力/制动力，不仅会增加动力单元间的相互作用力，还会使列车能耗增加。
[0006]2、控制器中的PID控制算法根据列车当前速度与ATO计算的推荐速度的误差生成控制指令，达到列车实时跟踪推荐速度曲线的目的，但该方法牵引/制动切换频繁，列车跟踪过程能耗大，乘客舒适性差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种动车组列车控制方法、系统、设备及介质，以解决现有技术中的对动车组列车的控制方法导致列车能耗大的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]一种动车组列车控制方法，包括：
[0010]获取动车组列车单节车辆的受力情况、速度以及位置；
[0011]以执行器饱和与车钩力限制为约束，以未来有限时域内列车跟踪误差、车钩力以及能耗为优化目标，根据所述受力情况、速度以及位置，构建动车组列车轨迹跟踪控制模
型；
[0012]利用所述动车组列车轨迹跟踪控制模型对设定时间范围内的动车组列车跟踪误差、车钩力以及能耗进行预测，得到第一预测结果；
[0013]根据所述第一预测结果，构建离散的优化目标模型；
[0014]获取动车组列车的运行轨迹，利用所述离散的优化目标模型，对所述动车组列车的运行轨迹进行优化，得到优化结果；所述优化结果为优化后的车头/车辆位置和优化后的车头/车辆速度；
[0015]将所述优化结果反馈至动车组列车的各动力单元，调整动力组列车的车头/车辆的位置和速度。
[0016]可选地，所述根据所述第一预测结果，构建离散的优化目标模型，具体包括：
[0017]基于多点打靶法，以设定预测步长将所述第一预测结果离散化为多步第二预测结果；
[0018]根据多步所述第二预测结果，构建离散的优化目标模型。
[0019]可选地，所述获取动车组列车的运行轨迹，利用所述离散的优化目标模型，对所述动车组列车的运行轨迹进行优化，得到优化结果，具体包括：
[0020]利用所述离散的优化目标模型将所述动车组列车的运行轨迹转化为非线性规划问题；
[0021]利用序列二次规划算法，对所述非线性规划问题进行求解，得到优化结果。
[0022]可选地，所述将所述优化结果反馈至动车组列车的各动力单元，调整动力组列车的车头/车辆的位置和速度，具体包括：
[0023]以所述设定预测步长，根据所述优化结果，控制车头的动力单元和各车辆的动力单元。
[0024]可选地，还包括：
[0025]判断动车组列车运行的当前时刻是否大于或等于设定时刻；
[0026]若所述动车组列车运行的当前时刻大于或等于设定时刻，则控制结束；
[0027]若所述动车组列车运行的当前时刻小于设定时刻，则返回“获取动车组列车每节车厢的受力情况、速度以及位置”的步骤。
[0028]一种动车组列车控制系统，包括：
[0029]数据获取模块，用于获取动车组列车单节车辆的受力情况、速度以及位置；
[0030]轨迹跟踪控制模型构建模块，用于以执行器饱和与车钩力限制为约束，以未来有限时域内列车跟踪误差、车钩力以及能耗为优化目标，根据所述受力情况、速度以及位置，构建动车组列车轨迹跟踪控制模型；
[0031]预测模块，用于利用所述动车组列车轨迹跟踪控制模型对设定时间范围内的动车组列车跟踪误差、车钩力以及能耗进行预测，得到第一预测结果；
[0032]优化目标模型构建模块，用于根据所述第一预测结果，构建离散的优化目标模型；
[0033]优化模块，用于获取动车组列车的运行轨迹，利用所述离散的优化目标模型，对所述动车组列车的运行轨迹进行优化，得到优化结果；所述优化结果为优化后的车头/车辆位置和优化后的车头/车辆速度；
[0034]反馈模块，用于将所述优化结果反馈至动车组列车的各动力单元，调整动力组列
车的车头/车辆的位置和速度。
[0035]一种电子设备，包括：存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的动车组列车控制方法。
[0036]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的动车组列车控制方法。
[0037]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0038]本专利技术的动车组列车控制方法通过获取动车组列车单节车厢的受力情况、速度以及位置，并构建动车组列车轨迹跟踪控制模型；然后对设定时间范围内的动车组列车跟踪误差、车钩力以及能耗进行预测，根据预测结果，构建离散的优化目标模型；获取动车组列车的运行轨迹，利用所述离散的优化目标模型，对所述动车组列车的运行轨迹进行优化，得到优化结果；将所述优化结果反馈至动车组列车的各动力单元，调整动力组列车的车头/车辆的位置和速度。本专利技术通过获取每节车厢的受力情况、速度以及位置，构建离散的优化目标模型，对列车运行轨迹进行优化，得到优化结果，根据优化结果对车辆和机车相应的动力单元进行控制，避免了给每个动力单元平均分配牵引/制动力，使动力单元之间的相互作用力增加，降低了列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动车组列车控制方法，其特征在于，包括：获取动车组列车单节车辆的受力情况、速度以及位置；以执行器饱和与车钩力限制为约束，以未来有限时域内列车跟踪误差、车钩力以及能耗为优化目标，根据所述受力情况、速度以及位置，构建动车组列车轨迹跟踪控制模型；利用所述动车组列车轨迹跟踪控制模型对设定时间范围内的动车组列车跟踪误差、车钩力以及能耗进行预测，得到第一预测结果；根据所述第一预测结果，构建离散的优化目标模型；获取动车组列车的运行轨迹，利用所述离散的优化目标模型，对所述动车组列车的运行轨迹进行优化，得到优化结果；所述优化结果为优化后的车头/车辆位置和优化后的车头/车辆速度；将所述优化结果反馈至动车组列车的各动力单元，调整动力组列车的车头/车辆的位置和速度。2.根据权利要求1所述的动车组列车控制方法，其特征在于，所述根据所述第一预测结果，构建离散的优化目标模型，具体包括：基于多点打靶法，以设定预测步长将所述第一预测结果离散化为多步第二预测结果；根据多步所述第二预测结果，构建离散的优化目标模型。3.根据权利要求1所述的动车组列车控制方法，其特征在于，所述获取动车组列车的运行轨迹，利用所述离散的优化目标模型，对所述动车组列车的运行轨迹进行优化，得到优化结果，具体包括：利用所述离散的优化目标模型将所述动车组列车的运行轨迹转化为非线性规划问题；利用序列二次规划算法，对所述非线性规划问题进行求解，得到优化结果。4.根据权利要求2所述的动车组列车控制方法，其特征在于，所述将所述优化结果反馈至动车组列车的各动力单元，调整动力组列车的车头/车辆的位置和速度，具体包括：以所述设定预测步长，根据所述优化结果，控制车头的动力单元和各车辆的动力单元。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宿帅，曹源，张淼，唐涛，吕继东，张梓轩，王迪，穆俊斌，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：