一种基于功率输出的列车自动驾驶控制方法技术

本发明专利技术的基于功率输出的列车自动驾驶控制方法，以最限制速度曲线(MRSP)为限制，在列车自动驾驶区段设定若干个预期速度点，将两个相邻预期速度点之间的区段作为一个控制区段，在该控制区段内，控制列车牵引功率和制动功率的输出以及牵引时间和制动时间的长短，使得列车所受合力所作的功满足列车动能定理表达式，以保证列车速度在该控制区段的起止点达到所述预期初速度和预期末速度。本发明专利技术的技术优势：采用了全新的列车自动驾驶控制方法，建立一种新的控制模型，基于功率输出和能量模型，建立列车牵引力和制动力总功与动能变化量的定量关系，使列车自动驾驶由传统的速度跟随控制，转变为能量均衡控制。转变为能量均衡控制。转变为能量均衡控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功率输出的列车自动驾驶控制方法


[0001]本专利技术涉及列车自动驾驶控制领域，尤其涉及货运列车的自动驾驶控制。

技术介绍

[0002]控制算法是列车自动驾驶系统的关键技术之一，直接关系列车自动驾驶安全、平稳、准点、节能目标实现。货运列车由于其载重量大、编组复杂、自由车钩连接、制动力离散等特点，自动驾驶控制具有多样性和复杂性。现有列车自动驾驶控制方法大多针对地铁和高铁动车组，广泛采用的是PID及其改进的经典控制方法，也有研究智能控制算法作为补充。现有列车自动驾驶控制方法基本都采用先计算目标速度曲线，再通过对列车牵引、制动和惰行控制，快速追踪目标速度曲线，达到控制目标。有公开技术显示采用基于车钩力约束的自动驾驶方法，试图保证列车自动驾驶下的平稳安全运行，但采用的也是速度跟随控制方法。
[0003]现有列车自动驾驶控制方法要求列车具有良好的制动/牵引性能、对自动驾驶控制指令具有良好的响应度和跟随性，同时要求列车轴重低、结构性冲动小、列车制动/牵引系统可实现确定的控制加速度，因此现有列车自动驾驶控制方法适用于动车组，而不适合货运列车。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功率输出的列车自动驾驶控制方法，所述方法以最限制速度曲线(MRSP)为限制，在列车自动驾驶区段设定若干个预期速度点，将两个相邻预期速度点之间的区段作为一个控制区段，列车在该控制区段起止点的预期速度分别为预期初速度和预期末速度，在该控制区段内，控制列车牵引功率和制动功率的输出以及牵引时间和制动时间的长短，使得列车所受合力所作的功满足列车动能定理表达式，以保证列车速度在该控制区段的起止点达到所述预期初速度和预期末速度；所述列车动能定理表达式，即：使牵引力、制动力、列车运行基本阻力、列车运行附加阻力在该控制区段所作的总功等于列车速度从所述预期初速度变化到所述预期末速度时列车动能的变化量，所述预期速度是指自动驾驶过程中列车通过线路指定位置的期望速度；所述列车自动驾驶区段设置在区间运行阶段；列车在所述两个相邻预期速度点之间能够形成多条速度变化曲线，所述速度变化曲线满足列车运行的安全约束条件和平稳约束条件。2.根据权利要求1所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于：所述预期速度的设定包括：a)基本预期速度设定：根据所述最限制速度曲线(MRSP)的限制，并预留一定富余距离和速度值，确定自动驾驶的基本预期速度，基本预期速度仅考虑列车安全运行约束，按最高允许速度运行，能够获得理想的最短运行时分；b)准点驾驶预期速度设定：在基本预期速度基础上，根据列车运行时分要求，通过调整和/或增加预期速度点，获得自动驾驶的准点驾驶预期速度；c)节能驾驶预期速度设定：在准点驾驶预期速度基础上，根据节能驾驶策略，通过调整和/或增加预期速度点，获得自动驾驶的节能驾驶预期速度；d)紧追踪驾驶预期速度设定：在已有预期速度基础上，根据前行列车运行情况，通过调整和/或增加预期速度点，获得紧追踪驾驶预期速度，使自动驾驶列车具有更加合理的全程运行速度，避免列车长时间低速运行、高能耗运行，甚至遇到区间停止信号被迫停车；e)区间或站外停车预期速度设定：在已有预期速度基础上，由于各种原因需要列车区间或站外停车时，通过调整和/或增加预期速度点，实施区间或站外停车，获得区间或站外停车预期速度。3.根据权利要求1所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于：所述方法将牵引力所作的功、制动力所作的功、列车运行基本阻力所作的功、列车运行附加阻力所作的功以及列车动能定理表达式分别转换成用列车单位动能E
m
表示，以在列车总重量未知的条件下实现所述控制方法，所述列车单位动能E
m
是指当列车预期末速度与预期初速度的平方差为单位数值时对应的列车动能变化量。4.根据权利要求3所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于：所述将列车运行基本阻力所作的功转换成用列车单位动能E
m
表示，具体为：Q
w0
＝
‑
W
0q
E
m
，其中Q
w0
为列车运行基本阻力所作负功，单位kJ；其中g为重力加速度，单位m/s2；w0为货运列车运行单位基本阻力，
单位N/kN；s为列车运行距离，单位km；w0＝A+Bv+Cv2，其中基本阻力参数A、B、C初始值可通过相关技术规范获得，并在列车自动驾驶过程中，针对本列车的基本阻力参数，进行持续动态优化；v为列车运行速度，单位km/h；E
m
＝0.0386M，其中M为列车总重量，单位吨；E
m
为列车单位动能，单位kJ；其中列车运行距离s、列车运行速度v通过自动驾驶设备中的测距、测速单元测量获得。5.根据权利要求4所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于：所述将列车运行附加阻力所作的功转换成用列车单位动能E
m
表示，具体为：Q
wj
＝
‑
W
jq
E
m
，其中Q
wj
为附加阻力所作的功，单位kJ；其中d为任意一段加算坡道的长度，单位km；i
j
为该段加算坡道的加算坡度千分数；当i
j
的值为正时，表明加算坡道为上坡，附加阻力做负功；当i
j
的值为负时，表明加算坡道为下坡，附加阻力做正功；i
j
和d均为已知的线路参数。6.根据权利要求5所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于：所述将牵引力所作的功转换成用列车单位动能E
m
表示，具体为：在列车运行初始阶段结合列车加速或进行牵引试验，测量机车电机牵引功率和列车速度变化值，通过计算机车牵引输出作功转换为多少列车单位动能E
m
，从而确定牵引力作功与列车单位动能E
m
的关系：Q
f
＝(n+W
0q
+W
jq
)E
m
＝n
′
E
m
，其中Q
f
为牵引力所作的功，单位kJ；Q
f
＝∫P
f
dt
f
，其中P
f
为机车牵引电机电功率，单位kW；t
f
为牵引输出时间，单位s；P
f
＝10
‑3U
f
I
f
，其中U
f
为机车牵引电机电压值，单位V；I
f
为电流值，单位A；U
f
、I
f
、t
f
均通过自动驾驶设备中的综合传感单元测量获得；其中ΔE为所述列车运行初始阶段的列车加速或牵引试验中列车动能变化量，单位kJ；v
1f
、v
0f
分别为末速度和初速度，单位km/h，通过自动驾驶设备中的测速单元测量获得；所述列车加速或牵引试验过程中的列车运行速度、机车牵引电机电压值、电流值均可测量，且线路条件、运行距离均已知的情况下，n
′
、Q
f
均可计算得到，当所述列车加速或牵引试验过程中机车牵引电机总共作功Q
f
＝k时，机车牵引电机每作功1kJ等效输出的列车单位动能E
m
，令F为机车牵引力作功与列车单位动能的转换系数。7.根据权利要求6所述的列车自动驾驶控制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锋华，丁小汀，
申请(专利权)人：北京交大思诺科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：