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申请/专利权人：北京交通大学

摘要：本发明属于虚拟编组列车控制技术领域，具体地说，涉及一种基于指定性能控制的虚拟编组列车编组阶段控制方法；本发明基于指定性能控制理论和Lyapunov稳定性理论，考虑了列车虚拟编组运行过程中前后列车的速度差异以及列车模型参数和外部扰动的不确定性，提出了一种基于指定性能控制的编队控制律设计方法来控制处于组编过程中列车的运行；在本发明提出的组编控制策略下，被控列车按照设计的参考速度曲线运行，在组编阶段结束时，虚拟编组内的被控列车即后车与前车以相同的速度行驶，且实际运行间隔收敛于期望运行间隔。

主权项：1.一种基于指定性能控制的虚拟编组列车编组阶段控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：构建虚拟编组列车编组阶段的模型；具体包括，S1.1：建立考虑列车参数误差、外部干扰的列车动力学模型；i表示虚拟编组中的第i列列车，则第i列列车的纵向动力学方程为： 其中，pi和vi分别为列车的位置和速度，mi为列车的质量，为质量的估计值，ai为列车执行器增益，其取值范围为[ai，min，ai，max]，ui为待设计的虚拟编组列车的控制器输入；列车扰动rivi由下式可得： 其中，c1，i、c2，i、c3，i为基本运行阻力的系数，扰动wit为由于外部阻力引起的加速度变化；S1.2：建立前后列车间隔距离模型；在编组阶段，前车与后车之间的距离dit为：dit＝pit-li-pi+1t；其中，pit是第i辆列车在t时刻的位置，li是前车的长度；在编组阶段，前面的列车以vf的速度巡航，通过调整跟随列车的速度，两列列车之间的距离逐渐减小，形成虚拟编组运行的列车编队；在编组阶段结束时，两列列车保持相同的速度，此时，前车与后车的间隔推导为：si＝li，e-pits；si+1＝si+dits-dite；在上式中，si为前车的行驶距离，li，e为编组阶段的终点位置，ts和te分别为编组过程开始和结束的时刻，dite为前车和后车在编组阶段结束后的距离；S2：根据前后列车速度不同进行编组过程中的参考速度设计；具体的，根据编组阶段开始时前车与后车速度的关系，存在以下三种情况：Sit1.前车速度大于后车速度；Sit2.前车速度小于后车速度；Sit3.前车速度等于后车速度；若为Sit1，则后车的运动分为三个阶段：加速阶段、巡航阶段和减速阶段，最终与前车速度相同，进而得到预期的速度时间关系：vi，rt＝vf，ts≤t≤te； 在上式中，vf为前车行驶速度，vl，m为后车在加速中达到的最大速度，At、Ab分别为后车的牵引率和制动率，Ta为加速阶段所用时间，Tc为巡航阶段所用时间，I1、I2和I3分别为加速、巡航和减速阶段的时间区间，其中I1∈{t，ts+Ta}，I2∈{ts+Ta，te-Td}，I3∈{te-Td，te}，Td为减速阶段所用时间；若为Sit2，由于合并过程结束时后车减速至vf，则后车的初始速度与合并阶段的长度和时间满足： 当上述不等式成立时，列车可持续减速至目标速度，否则将会产生一个额外的巡航阶段，得到速度曲线如下：vi，rt＝vf，ts≤t≤te； 其中，vd1为巡航阶段的速度，Tf，d为第一减速阶段所用时间，Tk为巡航阶段所用时间，I4、I5和I6分别为第一减速、巡航和第二减速阶段的时间区间，其中I4∈{ts，ts+Tf，d}，I5∈{ts+Tf，d，te-Ts，d}，I6∈{te-Ts，d，te}，Ts，d为第二减速阶段所用时间；对于Sit3，看作为Sit1的特殊情况，利用得到的虚拟编组列车的参考速度曲线，计算列车之间的参考距离为： S3：进行动态编组阶段间隔误差的建模；在编组阶段，虚拟编组列车间实际间隔表示为： 其中，为列车i与列车i+1之间的距离误差，di，r为设计的参考距离；对di求二阶导数可得： 在本方法中采用指定性能控制对列车间的距离进行调节，引入以下滤波参数： 其中，λi为设计者选择的滤波参数；对设计的滤波器参数ωi进行性能约束： 其中，分别为上下界限常数，σt为递减的光滑函数，设定为σt＝σ0-σ∞e-at+σ∞；以指数e-at引入递减率描述误差收敛速率，其中，-δσ0分别限制了列车间隔误差的超调量的上、下边界，-δσ∞与分别限制列车间隔稳态误差的上下边界，利用性能函数的数学化表达，通过调节δ、a、σ0、σ∞来满足指定性能约束条件；首先将区间误差的不等式约束等价地转化为以下方程约束：ωit＝Tεiσt；其中，εi为新的转换误差，Tεi为递增的函数，定义如下： 此时，对于εi有： 同理，为转换误差εi引入以下滤波变量 其中，ki，λ定义为： 其中，γi0；步骤S4，对于参数未知的虚拟编组列车设计指定性能控制器： 其中，h1和h2为设计参数，h1的取值范围为[0.001，0.1]，h2的取值范围为[0.01，1]。μi为防止参数漂移而选取的较小的常数，为gi的估计值，gi为有界常量，定义为： 其中φi≥0，φi时一个标量函数，定义为： 当收敛于0时，转换误差εi同样收敛，跟踪误差始终满足事先预设的暂态性能和稳态性能；列车间隔误差满足在有限时间内渐进收敛到原点，虚拟编组列车按照设计的编组速度与间隔完成编组。

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百度查询： 北京交通大学 一种基于指定性能控制的虚拟编组列车编组阶段控制方法