一种列车无线网络时延补偿控制方法技术

本发明专利技术涉及无线通信技术领域。一种列车无线网络时延补偿控制方法，包括以下步骤：采集中央控制单元到牵引控制单元间的时延数据形成时延序列；对时延序列进行处理得到残差和分量数值；构建时延预测模型，并将得到的残差和分量数值输入时延预测模型中，得到下一时刻时延预测值；将得到的下一时刻时延预测值输入列车运行控制器内，并通过列车运行控制器实现列车的运行控制；构建评价列车运行控制器控制性能的评价指标。本发明专利技术通过将采集到的复杂度高的时延序列分解成复杂度低的子序列，降低了数据的复杂度，通过混沌粒子群算法优化LSSVM预测模型的参数，提高了预测的准确性，能够自动寻优控制器所需的参数，保障了控制效果达到最优。优。优。

【技术实现步骤摘要】
一种列车无线网络时延补偿控制方法


[0001]本专利技术涉及无线通信


技术介绍

[0002]无线网络通信是下一代列车网络通信的一大方向，滑模控制是列车网络控制中的一项常见控制方法，多幂次趋近率是用于改善滑模控制中抖振现象的一种趋近规律，时延补偿是用于消除控制过程中控制信息由控制器到被控对象产生的时延对控制系统的影响。列车无线网络控制是未来列车网络控制的一大方向，在实际应用前需要充分考虑到无线传输过程中存在的时延问题，无线传输易受到外界干扰，从而造成时延波动，当时延较大时，会对导致控制不精确。
[0003]时延预测，主要是通过对获取到的时延序列进行处理，常见的方式是采用分解、降噪等处理原始时延序列，从而降低序列复杂程度，而后采用SVM、LSSVM、BP、Elman、LSTM等算法对时延序列进行预测。但往往经一步处理后的数据复杂度依然较高，不利于后续预测。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中处理后的数据复杂度高，不利于后续预测的技术问题，本专利技术提供了一种列车无线网络时延补偿控制方法。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0006]一种列车无线网络时延补偿控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1.采集中央控制单元到牵引控制单元间的时延数据形成时延序列；
[0008]S2.对时延序列进行处理得到残差和分量数值；
[0009]S3.构建时延预测模型，并将得到的残差和分量数值输入时延预测模型中，得到下一时刻时延预测值；
[0010]S4.将得到的下一时刻时延预测值输入列车运行控制器内，并通过列车运行控制器实现列车的运行控制。
[0011]所述步骤S2对时延序列进行处理包括以下步骤：
[0012]S2
‑
1.利用CEEMD算法对时延序列进行初次分解，分解过程中添加幅值为0.2的噪声100次，设置分解层数为7，分解后得到7个本征模态分量imf和一个残差分量；
[0013]S2
‑
2.通过样本熵评定各imf分量复杂度，若超出设定阈值，则将该imf分量采用SVD算法进行分解，若低于设定阈值，则不进行任何处理。
[0014]所述步骤S3利用LSSVM模型构建时延预测模型，LSSVM的参数通过以下步骤进行选择：
[0015]S3
‑
1.将粒子群算法迭代过程中的全局最优粒子的位置映射到Logistics方程的定义域[0，1]上，全局最优粒子映射后的位置计算式如下：
[0016][0017]式中：g
best
(t)为粒子群算法迭代过程中全局最优粒子的位置；x
max
为粒子范围的上界；x
min
为粒子范围的下界；t为迭代次数；
[0018]S3
‑
2.将全局最优粒子映射后的位置利用Logistic方程混沌化，计算式如下：
[0019]y
(t+1)
＝uy
(t)
(1
‑
y
(t)
)
[0020]式中：u为混沌系数；
[0021]S3
‑
3.将经多次迭代的混沌化后的全局最优粒子映射后的位置映射到原区间，得到新的全局最优值。
[0022]所述步骤S3将步骤S2中得到的残差和分量数值输入时延预测模型中包括以下步骤：
[0023]S3
‑
4.将得到的时延序列处理后的子序列表示为：
[0024]X＝[x1,x2,...,x
n
][0025]式中：n为序列长度；
[0026]当认定第m+1个数据与前m个数据相关时，可将矩阵构造为以下形式，其中I为输入矩阵，O为输出矩阵：
[0027][0028][0029]式中：m为嵌入维数，m＝10。
[0030]所述步骤S4将得到的下一时刻时延预测值输入列车运行控制器内包括以下步骤：
[0031]S4
‑
1.构建多幂次趋近率模型，计算式如下：
[0032][0033]式中：k为参数；s为滑模面函数；α>1；0<β<1；η>0；γ的计算式如下：
[0034][0035]S4
‑
2.构建列车运动控制模型，计算式如下：
[0036][0037]式中：m为列车质量；x1为列车位移量；x2为列车运行速度；u(t+г)为列车控制力；г为数据传输过程中产生的延迟；f
z
为运行阻力；f1为列车运行过程中的基本阻力；f2为列车运行过程中的附加阻力；α为列车滚动机械阻力；b(x2)为其他机械阻力；c(x2)2为外部空气
阻力；
[0038]S4
‑
3.利用多幂次趋近律模型和列车运动控制模型构建列车运行控制器模型，计算式如下：
[0039][0040]式中：f
c
为干扰的界；x
r
为列车运行期望位置；为列车运行期望速度。
[0041]还包括步骤S5，构建评价列车运行控制器控制性能的评价指标，并利用评价指标对列车运行控制器性能进行评价，构建评价列车运行控制器控制性能的评价指标,包括以下步骤：
[0042]S5
‑
1.选取ITAE评价指标作为适应度函数，计算式如下：
[0043][0044]式中：e(t)为控制器控制环节的位置跟踪误差；
[0045]S5
‑
2.对ITAE评价指标进行改进，改进后的ITAE评价指标计算式如下：
[0046][0047]式中：为控制器控制环节的速度跟踪误差；i为运行步数；n为总步长；t0＝0。
[0048]本专利技术与现有技术相比存在的优点是：
[0049]本专利技术提出的基于多幂次滑模控制的列车无线网络时延补偿控制方法，以实现对列车的速度跟踪为目标，结合时延预测(数据处理算法、时延预测算法)、列车运行控制器(多幂次滑模控制)，为采用无线网络传输的列车运行控制网络提供一种运行控制方法。
[0050]本专利技术通过将采集到的复杂度高的时延序列分解成复杂度低的子序列，降低了数据的复杂度，通过混沌粒子群算法优化LSSVM预测模型的参数，提高了预测的准确性，能够自动寻优控制器所需的参数，保障了控制效果达到最优。
[0051]本专利技术采用了一种改进的ITAE智能寻优指标，该指标同时考虑到控制过程中的速度跟踪误差和响应时间，衡量了控制器的控制性能。
附图说明
[0052]图1是本专利技术一种列车无线网络时延补偿控制方法的整体流程图。
[0053]图2是本专利技术一种列车无线网络时延补偿控制方法的时延序列处理流程图。
[0054]图3是本专利技术一种列车无线网络时延补偿控制方法的控制器参数寻优流程图。
具体实施方式
[0055]本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种列车无线网络时延补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采集中央控制单元到牵引控制单元间的时延数据形成时延序列；S2.对时延序列进行处理得到残差和分量数值；S3.构建时延预测模型，并将得到的残差和分量数值输入时延预测模型中，得到下一时刻时延预测值；S4.将得到的下一时刻时延预测值输入列车运行控制器内，并通过列车运行控制器实现列车的运行控制。2.根据权利要求1所述的一种列车无线网络时延补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S2对时延序列进行处理包括以下步骤：S2
‑
1.利用CEEMD算法对时延序列进行初次分解，分解过程中添加幅值为0.2的噪声100次，设置分解层数为7，分解后得到7个本征模态分量imf和一个残差分量；S2
‑
2.通过样本熵评定各imf分量复杂度，若超出设定阈值，则将该imf分量采用SVD算法进行分解，若低于设定阈值，则不进行任何处理。3.根据权利要求1所述的一种列车无线网络时延补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S3利用LSSVM模型构建时延预测模型，LSSVM的参数通过以下步骤进行选择：S3
‑
1.将粒子群算法迭代过程中的全局最优粒子的位置映射到Logistics方程的定义域[0，1]上，全局最优粒子映射后的位置计算式如下：式中：g
best
(t)为粒子群算法迭代过程中全局最优粒子的位置；x
max
为粒子范围的上界；x
min
为粒子范围的下界；t为迭代次数；S3
‑
2.将全局最优粒子映射后的位置利用Logistic方程混沌化，计算式如下：y
(t+1)
＝uy
(t)
(1
‑
y
(t)
)式中：u为混沌系数；S3
‑
3.将经多次迭代的混沌化后的全局最优粒子映射后的位置映射到原区间，得到新的全局最优值。4.根据权利要求1所述的一种列车无线网络时延补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S3将步骤S2中得到的残差...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，窦顺坤，李常贤，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：