一种列车编组运行时的主动避碰控制方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种列车编组运行时的主动避碰控制方法、系统及介质，本发明专利技术方法包括结合不确定性因子建立含有不确定性的列车纵向动力学模型，将参数项分解为名义项和与不确定性相关的时变不确定项；确定安全不等式约束，并建立车间距误差的动力学模型，将车间距误差的动力学模型从有界范围变换到无界范围，建立列车编组中各个列车的鲁棒控制器以实现列车编组运行时的主动避碰控制。本发明专利技术通过建立列车的纵向动力学模型和车间距误差不等式约束，考虑系统参数的不确定性并对车间距误差进行状态变换，从而设计鲁棒控制器可实现系统主动避碰，使列车编组运行系统在任意的初始条件下具有主动避碰性能。具有主动避碰性能。具有主动避碰性能。

【技术实现步骤摘要】
一种列车编组运行时的主动避碰控制方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及轨道交通车辆自动驾驶运行控制领域，具体涉及一种列车编组运行时的主动避碰控制方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]轨道交通面临承载更多旅客和更多货物的需求。为解决这一需求，可通过修建新的铁路线路或者提高现有铁路线路的运输能力来实现。但是，修建新的铁路线路耗资巨大，因此希望在既有线路上提高列车运行能力，则成为一项成本更低的实现方式。在既有线路上提高列车运行能力，一般而言可以通过减少发车间隔和列车编组运行的方式来解决城市早晚高峰人流量大等问题。而列车编组运行时，如何实现列车主动避碰，则成为列车编组运行时亟待解决的关键技术问题。实现列车主动避碰，总体而言存在下述问题或难题：基本要求：轨道交通车辆自动驾驶控制需要满足最基本的要求是跟踪误差最终收敛到零，以达到期望的控制目标。安全需求：列车在驾驶过程中牵引力或制动力有一定的范围限制，控制力应避免执行器饱和。列车的车间距能稳定在期望车间距，在调节过程中也是在一定范围内变化。鲁棒性：由于系统测量误差、环境干扰、参数波动及未建模扰动会造成系统的不确定性。主动避碰性：考虑某一列车编组运行系统，对于任意的初始车间距误差，通过列车所施加的控制力保证系统在任意安全的初始条件下具有主动避碰性能。

技术实现思路

本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种列车编组运行时的主动避碰控制方法、系统及介质，本专利技术通过建立列车的纵向动力学模型和车间距误差不等式约束，考虑系统参数的不确定性并对车间距误差进行状态变换，从而设计鲁棒控制器可实现系统主动避碰，使列车编组运行系统在任意的初始条件下具有主动避碰性能。
[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种列车编组运行时的主动避碰控制方法，包括：S101，建立列车编组的纵向动力学模型，并结合不确定性因子建立含有不确定性的列车纵向动力学模型，将含有不确定性的列车纵向动力学模型中的参数项分解为与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项；确定列车编组的车间距误差的安全不等式约束，并建立车间距误差的动力学模型，将车间距误差的动力学模型从有界范围变换到无界范围；S102， 基于与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项，结合变换到无界范围的车间距误差的动力学模型，建立列车编组中各个列车的鲁棒控制器以实现列车编组运行时的主动避碰控制。
[0004]可选地，步骤S101中建立的列车编组的纵向动力学模型的函数表达式为：
，上式中，为第i辆列车在时刻t的位移的微分，为第i辆列车在时刻t的质量矩阵，为第i辆列车在时刻t的速度的微分，为第i辆列车在时刻t的输入控制力，为第i辆列车的质量，、和为基本运行阻力系数，为坡道阻力，为弯道阻力，为隧道阻力。
[0005]可选地，第i辆列车在时刻t的输入控制力还包括下述约束：，上式中，表示第i辆列车在时刻t的输入控制力的约束，为列车的最大牵引力，为列车的最大制动力。
[0006]可选地，步骤S101中建立含有不确定性的列车纵向动力学模型的函数表达式为：，上式中，为不确定性因子，为引入不确定性的附加阻力，且有：，其中，为引入不确定性的坡道阻力，为引入不确定性的弯道阻力，为引入不确定性的隧道阻力。
[0007]可选地，步骤S101中将含有不确定性的列车纵向动力学模型中的参数项分解为与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项包括：对引入不确定性的列车纵向动力学模型的质量矩阵、基本运行阻力系数以及附加阻力，分别分解为与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项，得到质量矩阵的名义项和时变不确定项、基本运行阻力系数的名义项和时变不确定项、附加阻力的名义项和时变不确定项。
[0008]可选地，步骤S101中确定列车编组的车间距误差的安全不等式约束的函数表达式
为：，上式中，为第i
‑
1辆列车和第i辆列车之间的车间距误差，为期望车间距，且有：，上式中，为第i
‑
1辆列车和第i辆列车之间的车间距，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的位移，为第i
‑
1辆列车的长度；步骤S101中建立车间距误差的动力学模型的函数表达式为：，上式中，表示第i
‑
1辆列车和第i辆列车之间的车间距误差的二阶导数，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的质量矩阵，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的输入控制力，和为第i辆列车的基本运行阻力系数，和为第i
‑
1辆列车的基本运行阻力系数，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的速度，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的附加阻力。
[0009]可选地，步骤S101中将车间距误差的动力学模型从有界范围变换到无界范围包括：S201，记第i
‑
1辆列车和第i辆列车之间的车间距误差为车间距误差，对下式进行变换以将车间距误差映射到整个实数域空间内：，上式中，为映射到实数域空间内的车间距误差，为期望车间距；通过对数函数对车间距状态误差进行状态变换，将车间距误差从有界范围变换到无界范围；S202，针对映射到实数域空间内的车间距误差对时间t求一阶导数和二阶导数得：，，上式中，和分别为映射到实数域空间内的车间距误差对时间t的一阶导数和二阶导数，为车间距误差的一阶导数，表示第i
‑
1辆列车和第i辆列车之间的车间距误差的二阶导数，为期望车间距；S203，令为映射到实数域空间内的车间距误差减去其一阶导数之差，则确定映射到实数域空间内的车间距误差减去其一阶导数之差的一阶导数为：
，上式中，为映射到实数域空间内的车间距误差，为映射到实数域空间内的车间距误差减去其一阶导数之差，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的输入控制力，和为第i辆列车的基本运行阻力系数，和为第i
‑
1辆列车的基本运行阻力系数，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的速度，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的附加阻力，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的质量矩阵，从而将车间距误差的动力学模型变换到无界范围。
[0010]可选地，步骤S102中建立列车编组中各个列车的鲁棒控制器包括：S301，记第i辆列车在时刻t的输入控制力为，且：，上式中，为期望车间距，为映射到实数域空间内的车间距误差减去其一阶导数之差，为映射到实数域空间内的车间距误差，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的位移，和分别为第i
‑
1辆列车和第i辆列车的位移的一阶导数，表示第i
‑
1辆列车在时刻t的输入控制力，t为时间；S302，根据输入控制力的函数表达式，结合基于与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项，结合变换到无界范围的车间距误差的动力学模型， 建立列车本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种列车编组运行时的主动避碰控制方法，其特征在于，包括：S101，建立列车编组的纵向动力学模型，并结合不确定性因子建立含有不确定性的列车纵向动力学模型，将含有不确定性的列车纵向动力学模型中的参数项分解为与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项；确定列车编组的车间距误差的安全不等式约束，并建立车间距误差的动力学模型，将车间距误差的动力学模型从有界范围变换到无界范围；S102， 基于与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项，结合变换到无界范围的车间距误差的动力学模型，建立列车编组中各个列车的鲁棒控制器以实现列车编组运行时的主动避碰控制。2.根据权利要求1所述的列车编组运行时的主动避碰控制方法，其特征在于，步骤S101中建立的列车编组的纵向动力学模型的函数表达式为：，上式中，为第i辆列车在时刻t的位移的微分，为第i辆列车在时刻t的质量矩阵，为第i辆列车在时刻t的速度的微分，为第i辆列车在时刻t的输入控制力，为第i辆列车的质量，、和为基本运行阻力系数，为坡道阻力，为弯道阻力，为隧道阻力。3.根据权利要求2所述的列车编组运行时的主动避碰控制方法，其特征在于，第i辆列车在时刻t的输入控制力还包括下述约束：，上式中，表示第i辆列车在时刻t的输入控制力的约束，为列车的最大牵引力，为列车的最大制动力。4.根据权利要求2或3所述的列车编组运行时的主动避碰控制方法，其特征在于，步骤S101中建立含有不确定性的列车纵向动力学模型的函数表达式为：，上式中，为不确定性因子，为引入不确定性的附加阻力，且
有：，其中，为引入不确定性的坡道阻力，为引入不确定性的弯道阻力，为引入不确定性的隧道阻力。5.根据权利要求4所述的列车编组运行时的主动避碰控制方法，其特征在于，步骤S101中将含有不确定性的列车纵向动力学模型中的参数项分解为与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项包括：对引入不确定性的列车纵向动力学模型的质量矩阵、基本运行阻力系数以及附加阻力，分别分解为与不确定性无关的名义项和与不确定性相关的时变不确定项，得到质量矩阵的名义项和时变不确定项、基本运行阻力系数的名义项和时变不确定项、附加阻力的名义项和时变不确定项。6.根据权利要求5所述的列车编组运行时的主动避碰控制方法，其特征在于，步骤S101中确定列车编组的车间距误差的安全不等式约束的函数表达式为：，上式中，为第i
‑
1辆列车和第i辆列车之间的车间距误差，为期望车间距，且有：，上式中，为第i
‑
1辆列车和第i辆列车之间的车间距，和分别为第i
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1辆列车和第i辆列车的位移，为第i
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1辆列车的长度；步骤S101中建立车间距误差的动力学模型的函数表达式为：，上式中，表示第i
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1辆列车和第i辆列车之间的车间距误差的二阶导数，和分别为第i
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1辆列车和第i辆列车的质量矩阵，和分别为第i
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1辆列车和第i辆列车的输入控制力，和为第i辆列车的基本运行阻力系数，和为第i
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1辆列车的基本运行阻力系数，和分别为第i
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1辆列车和第i辆列车的速度，和分别为第i
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1辆列车和第i辆列车的附加阻力。7.根据权利要求6所述的列车编组运行时的主动避碰控制方法，其特征在于，步骤S101中将车间距误差的动力学模型从有界范围变换到无界范围包括：S201，记第i

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳文，肖罡，张蔚，万可谦，杨钦文，刘小兰，杨登科，
申请(专利权)人：江西科骏实业有限公司，
类型：发明
国别省市：