[发明专利]基于事件触发PID控制的列车速度曲线跟踪控制方法和系统

权利要求书

1.一种基于事件触发PID控制的列车速度曲线跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S110：建立列车启动时基本阻力为零的单质点运动仿真模型；

步骤S120：采集列车的实际运动状态，根据所述单质点运动仿真模型中对应采样时间点的期望运动状态，获取运动状态差值；

步骤S130：判断所述运动状态差值是否满足触发控制更新条件，若满足，则进入步骤S140，否则，维持原控制状态；

步骤S140：根据所述运动状态差值的绝对值大小和所述运动状态差值的变化率，判断是否触发控制状态更新；

所述步骤S120具体包括：

定义采样时刻序列为S＝{T,2T,3T...kT,...}，k∈N；

定义触发时间序列为S_t＝{t₁,t₂,t₃,...t_k,...}∈S；

定义误差为：e(t)＝(v(t_k)-v(t))+h(p(t_k)-p(t))，

其中，t∈[t_k,t_k+1]，v(t_k)表示列车当前实际速度，p(t_k)为列车当前实际位置，h表示列车位置误差比例系数，h＝10exp(-v(t_k))；

所述步骤S130中所述触发控制更新条件为所述运动状态差值不小于预设阈值；或者，相邻事件触发时间间隔不小于最大允许时间间隔；

所述步骤S140具体包括：

若|e(t)|＞M或e(t)×Δe(t)＞0，则触发PID控制器更新控制状态，减小所述运动状态差值，即，u(t)＝u(t-1)+t_d×[e(t)-2×e(t-1)+e(t-2)]+t_i×[e(t)]+t_p×[e(t)-e(t-1)]；其中，M表示误差阈值，通常取值为目标速度最大值的0.5％，范围区间为(0,0.02v_{t_max}]，其中v_{t_max}是目标速度最大值，u(t)表示牵引/制动力，t_d表示PID控制的微分时间系数，t_i表示PID控制的积分时间常数，t_p表示PID控制的比例系数；

若e(t)×Δe(t)≤0、Δe(t)×Δe(t-1)≥0，则维持原控制状态，即u(t)＝u(t-1)；

若e(t)×Δe(t)＜0、Δe(t)×Δe(t-1)＜0，则触发P控制器更新控制状态，即u(t)＝u(t-1)+t_p×e(t)。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S110具体包括：

根据列车运动过程中的受力情况和牛顿第二定律，建立基于时间的列车启动时基本阻力为零的单质点运动仿真模型为：

其中，m表示列车质量，p(t)和v(t)分别表示列车的期望位置和期望速度，u表示列车的牵引制动力，F₀表示列车基本阻力，F_a表示列车附加阻力，μ表示滚动阻力系数，b表示摩擦系数，c表示列车阻力系数，dp(t)表示列车位置的微分，dv(t)表示列车速度的微分，dt表示对采样时间点的微分。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S120中，所述实际运动状态包括列车的实际位置和列车的实际速度，所述期望运动状态包括列车的期望位置和列车的期望速度。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S140还包括，确定所述PID控制器的控制参数，包括：

采用基于二进制编码的遗传算法整定所述PID控制器的比例系数t_p、积分时间常数t_i和微分时间系数t_d的范围；其中，

所述遗传算法的代数为100，选择积分时间和误差的平方值准则ITSE为适配函数，即：T表示列车的运行时间；

采用适应度比例法确定单点交叉概率和基本位变异策略的变异概率。