[发明专利]一种基于模型的动车组动力优化预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及动车组的分布式优化控制方法技术领域，特别是涉及一种基于模型的动车组动力优化预测控制方法。

背景技术

动车组作为现代城市快速、便捷、清洁和高效的交通工具，已成为一个国家综合国力、城市经济实力、人们生活水平及现代化的重要标志。近几年来，中国的经济实力和综合国力显著增强，中国的铁路系统也经历了大幅度的升级与扩张。2007年4月18日，我国铁路进行了第六次大提速，在这次提速中，我国首次推出了CRH系列的高速动车组CRH1、CRH2和CRH5。这些动车组的运营速度达到250km/h。根据我国铁路中长期发展规划，到2020年，中国铁路网规模达到12万公里以上，将建成1.6万公里“四纵五横”高速铁路网，未来动车组将是这些高速铁路网上的主力。目前，通过引进消化吸收国外的先进技术，我国已经掌握了世界先进成熟的铁路机车车辆制造技术。在实际动车组的运行中，由于土地、能源、路网容量等资源因素的约束，对动车组运行提出了更高的要求。但国内对动车组运行优化的研究进行得相对较晚，因此建立动车组的优化研究平台是迫切需要的。优化研究平台可用于设计，测试及校正目的，并且进行时变，复杂的不确定的环境条件下的多种交通实验。

经对现有技术的公开文献检索发现，文献【YANG Ciann-Dong,SUN Yun-Ping,Mixed H2/H cruise controller design for high speed train[J],International Journal of Control,2001,74(9),905-920】，虽然作者将每节车厢独立考虑，建立了多体纵向动力学模型，但在这种方法中，作者对动车组运行时所受的动态阻力进行了简化处理，即假设动态阻力仅作用于第一节车厢，这种假设和动车车厢的实际受力状况相差胜远，不能反映动车的运行状况，无法体现不同车厢间的动力分配与优化调度之间的内在联系。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于模型的动车组动力优化预测控制方法，用于解决动车组运行过程中动车速度存在变化从而没有对动力分配进行优化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于模型的动车组动力优化预测控制方法，包括以下步骤：

S1，将动车组车厢的运行速度和车厢之间的位移作为状态变量，建立动车组线性化后的动车组状态方程：y=Cx；

其中，x=[δv₁,δv₂,...,δv_n,δx₁,δx₂,...,δx_n-1]^T；u=[δu₁,δu₂,...,δu_n]^T；A、B和C为状态方程系数矩阵；x为车厢之间的位移；y为每节车厢的速度组成的列向量；u为车厢受到的有效牵引力；为车厢之间的位移的一阶导数；δv₁、δv₂、δv_n分别为第1节车厢、第2节车厢的运行速度的平衡点附近偏移量、第n节车厢的运行速度的平衡点附近偏移量；δx₁、δx₂、δx_n-1分别为第1节车厢相对第2节车厢、第2节车厢相对第3节车厢、第n-1节车厢相对第n节车厢的相对位移量平衡点附近偏移量；δu₁、δu₂、δu_n分别为第1节车厢、第2节车厢、第n节车厢的牵引力和制动力的合力平衡点附近偏移量；n为车厢节数；T为矩阵转置；

S2，根据动车组运行时受到的有效牵引力和车厢间的相互作用力建立动车组运行过程中的约束条件：u_min-u^e≤u≤u_max-u^e，