高速列车群分布式协同运行控制方法、系统、终端及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种高速列车群分布式协同运行控制方法、系统、终端及介质，其中方法包括：获取高速列车群中列车的实时运行信息；根据列车的实时速度与参考速度的偏差，通过采用设定值自适应调节方法调整列车的参考速度；基于前后车的距离构建的人工势函数，获取前后列车安全距离的控制分量；根据协同控制目标，获取列车速度的控制分量；根据列车动力学模型，分析列车所受阻力，获取列车克服阻力的控制分量；对三个控制分量进行加权求和，得到每辆列车的控制变量。考虑了列车速度的协同、安全距离、列车速度的超调以及阻力的影响，保证了高速列车群的安全稳定和运行效率。速列车群的安全稳定和运行效率。速列车群的安全稳定和运行效率。

【技术实现步骤摘要】
高速列车群分布式协同运行控制方法、系统、终端及介质


[0001]本专利技术涉及轨道交通控制
，尤其涉及一种高速列车群分布式协同运行控制方法、系统、终端及介质。

技术介绍

[0002]铁路运输一直占据我国交通运输领域的骨干地位，作为国家关键基础设施和产业，铁路以其较大的运载量、较高的运输效率、较低的能源消耗和低廉的成本，对我国国民经济发展和大众化交通出行起着全局性的支撑作用。随着列车速度的提高，其运行安全性，乘车舒适性的要求也变得越来越严格。随着高铁行车密度的日渐增加，运行过程中列车之间的相互影响更加明显。
[0003]目前针对列车群的运行控制，存在一些考虑运行效率、运行安全等因素的工作。但针对高速列车在速度跟踪时产生较大超调，造成速度偏差较大，调节时间加长的研究甚少。而改变控制策略或者增加控制目标通常需要改变控制结构，给系统设计和实现造成一定困难。因此，探索一种无需改变原有控制结构，同时满足列车群协同目标、保证列车群安全平稳高效运行的控制方案尤为重要。
[0004]中国专利CN114670901A公开了一种基于势函数的多列车协同巡航控制方法及系统，该专利技术提出构建基于列车的实际追踪距离以及期望安全距离的两列车之间的势函数；计算每列列车与其他列车的所述势函数的负梯度得到每列列车的负反馈；构建各列车的控制变量并作用于列车的牵引制动系统产生牵引力或制动力。中国专利CN110901703B公开了一种高速列车移动协同闭塞控制方法及系统，该专利技术将待控制列车期望速度、前后列车的位置以及前后列车的期望相对距离输入到所述分布式协同控制模型中，求解得到并执行实时执行待控制列车的控制牵引力以实现多列车协同控制。中国专利CN110901703B公开了一种高速列车移动协同闭塞控制方法及系统，提出将高速列车在运行过程中的能耗和乘坐舒适性均作为优化目标。以上现有技术主要考虑列车间的速度跟踪协同、安全距离控制等目标，缺乏对列车速度超调以及列车受到的基本阻力和附加阻力的考虑，由此，本专利技术提供了一种能够以高速列车组为研究对象，解决其运行过程中速度一致性、跟踪速度超调、安全距离和阻力影响等关键问题的方法。本专利技术的研发由国家自然科学基金项目62172448、校企联合项目《重载货运列车自组网高密度自动运行控制技术研究及应用》提供部分支持。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种高速列车群分布式协同运行控制方法、系统、终端及介质，其中，所述方法减少高速列车的速度超调，并使得高速列车群的速度趋于一致，列车相邻距离保持在安全状态，同时克服了阻力的影响，在提高高速列车群运行效率的同时，保证了高速列车群的安全稳定。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种高速列车群分布式协同运行控制方法，包括：
[0007]S1：获取高速列车群中列车的实时运行信息；其中，所述运行信息包括每辆列车的
速度信息和位置信息；
[0008]S2：根据列车的实时速度与参考速度的偏差，通过采用设定值自适应调节方法调整列车的参考速度；
[0009]S3：基于前后车的距离构建的人工势函数，获取前后列车安全距离的控制分量u
i1
(t)；根据协同控制目标，获取列车速度的控制分量u
i2
(t)；根据列车动力学模型，分析列车所受阻力，获取列车克服阻力的控制分量u
i3
(t)；
[0010]S4：对前后列车距离的控制分量、列车速度的控制分量和列车阻力的控制分量进行加权求和，得到每辆列车的控制变量。
[0011]进一步地，所述设定值自适应调节方法的具体步骤为：
[0012]S2.1：计算列车实时速度与参考速度的速度偏差，其中速度偏差的计算公式为：
[0013]e
i
(t)＝v
*
‑
v
i
(t)
[0014]其中，v
*
为列车的参考速度，v
i
(t)为t时刻列车i的实时速度，e
i
(t)为t时刻列车i的速度偏差；
[0015]S2.2：使用超前补偿器进一步预测列车i的未来速度偏差p
i
(t)；所述超前补偿器的表达式为：
[0016][0017]其中，P
i
(s)为p
i
(t)的拉普拉斯变换，E
i
(s)为e
i
(t)的拉普拉斯变换；α和T均为设计参数；超前补偿器在[1/T，1/αT]的频率范围为系统提供超前相位；
[0018]步骤2.3：根据预测得到的未来速度偏差p
i
(t)，得到列车i的参考速度调整项m
i
(t)，表达式为：
[0019]m
i
(t)＝μ
×
p
i
(t)
[0020]其中，μ是一个比例常数；
[0021]S2.4：当预测得到的未来速度偏差p
i
(t)超出预设允许范围时，调整列车i的参考速度当速度偏差在允许范围内时，维持原有的参考速度v
*
；其中，参考速度调整过程表示为：
[0022][0023]其中e
min
为速度偏差允许范围的上界；e
max
为速度偏差允许范围的下界。
[0024]进一步地，所述人工势能函数为：
[0025][0026]其中，V(d
ij
)表示列车i与列车j之间的人工势场势能，d
ij
为列车i与列车j之间的距离，d
*
为安全距离；
[0027]所述前后列车安全距离的控制分量u
i1
(t)为：
[0028][0029]进一步地，所述协同控制目标为控制所有列车跟随参考速度，并且所有列车速度趋向一致；所述列车速度的控制分量u
i2
(t)为：
[0030][0031]其中，m
i
为列车i的质量，g
i
为虚拟领导参数；为列车i的参考速度，v
i
(t)为列车i在t时刻的速度，n为列车数，a
ij
为邻接参数，v
j
(t)为列车j在t时刻的速度。
[0032]进一步地，所述根据列车动力学模型，分析列车所受阻力，获取列车克服阻力的控制分量的过程具体为：
[0033]获取列车i在t时刻所受的机械阻力中系数表示为：
[0034][0035]其中为高速列车i的滚动阻力系数，为高速列车i因摩擦和振动产生的的阻力系数，v
i
(t)为列车i在t时刻的速度；
[0036]获取列车i在t时刻所受的空气阻力中系数表示为：
[0037][0038]其中为空气阻力系数；
[0039]获取列车i在t时刻由轨道坡度、曲率的外部因素引起的附加阻力中的表示为：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速列车群分布式协同运行控制方法，其特征在于，包括：S1：获取高速列车群中列车的实时运行信息；其中，所述运行信息包括每辆列车的速度信息和位置信息；S2：根据列车的实时速度与参考速度的偏差，通过采用设定值自适应调节方法调整列车的参考速度；S3：基于前后车的距离构建的人工势函数，获取前后列车安全距离的控制分量u
i1
(t)；根据协同控制目标，获取列车速度的控制分量u
i2
(t)；根据列车动力学模型，分析列车所受阻力，获取列车克服阻力的控制分量u
i3
(t)；S4：对前后列车距离的控制分量、列车速度的控制分量和列车阻力的控制分量进行加权求和，得到每辆列车的控制变量并作用于列车的牵引力制动系统产生牵引力或制动力。2.根据权利要求1所述的高速列车群分布式协同运行控制方法，其特征在于，所述设定值自适应调节方法的具体步骤为：S2.1：计算列车实时速度与参考速度的速度偏差，其中速度偏差的计算公式为：e
i
(t)＝v
*
‑
v
i
(t)其中，v
*
为列车的参考速度，v
i
(t)为t时刻列车i的实时速度，e
i
(t)为t时刻列车i的速度偏差；S2.2：使用超前补偿器进一步预测列车i的未来速度偏差p
i
(t)；所述超前补偿器的表达式为：其中，P
i
(s)为p
i
(t)的拉普拉斯变换，E
i
(s)为e
i
(t)的拉普拉斯变换；α和T均为设计参数；超前补偿器在[1/T，1/αT]的频率范围为系统提供超前相位；S2.3：根据预测得到的未来速度偏差p
i
(t)，得到列车i的参考速度调整项m
i
(t)，表达式为：m
i
(t)＝μ
×
p
i
(t)其中，μ是一个比例常数；S2.4：当预测得到的未来速度偏差p
i
(t)超出预设允许范围时，调整列车i的参考速度当速度偏差在允许范围内时，维持原有的参考速度v
*
；其中，参考速度调整过程表示为：其中e
min
为速度偏差允许范围的上界；e
max
为速度偏差允许范围的下界。3.根据权利要求1所述的高速列车群分布式协同运行控制方法，其特征在于，所述人工势函数为：其中，V(d
ij
)表示列车i与列车j之间的人工势场势能，d
ij
为列车i与列车j之间的距离，d
*
为安全距离；所述前后列车安全距离的控制分量u
i1
(t)为：
其中，代表负梯度。4.根据权利要求1所述的高速列车群分布式协同运行控制方法，其特征在于，所述协同控制目标为控制所有列车跟随参考速度，并且所有列车速度趋向一致；所述列车速度的控制分量u
i2

【专利技术属性】
技术研发人员：彭军，任晚晚，李恒，刘伟荣，彭辉，杨迎泽，蒋富，黄志武，张晓勇，周峰，陈彬，张瑞，舒渤予，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：