[发明专利]一种基于周期性间歇控制的重载列车巡航控制方法

说明书

本发明提出一种基于周期性间歇控制的重载列车巡航控制方法，包括：S1：建立考虑基本阻力参数不确定的重载列车动力学模型；S2：构建周期间歇控制框架下的状态反馈控制律；S3：设计输入约束下的周期性间歇控制器，具体控制方法步骤包括：S31：设定运行周期T和工作时间S32：当时间处于工作时间区间，通过线性矩阵不等式，计算控制力u(t)，并将其实施到各个子系统中进行控制；S33：当时间处于非工作时间区间，则此时不施加控制；S34：重复步骤S32和S33，直到系统停止工作。

技术领域

本发明涉及重载列车巡航控制领域。更具体地，涉及一种基于周期性间歇控制的重载列车巡航控制方法。

背景技术

重载运输铁路系统被认为是运输大宗货物的最重要手段之一，在安全、便利和经济成本等方面有着显著优势。据估计，重载铁路占中国煤炭运输总量的60％以上。与其他类型的列车相比，重载列车通常长达2公里，载重量可达2万吨。重载列车的大尺寸和大惯性对列车控制策略提出了很高的要求，因此保证重载列车运行的安全性、节能性和准时性对于促进重载铁路运输具有重要的现实意义。

目前，国内外对于列车重载运输的研究成果较多。部分研究人员通过单质点方法来模拟重载列车运输的动力学过程，并采用先进的智能控制方法来实现速度跟踪和燃料消耗优化等。但由于需要几台机车一起为整列车提供足够的动力，这种建模方法通常难以实现不同机车的协作，并且由于模型忽略了车内力，可能导致在某些情况下车钩断裂和脱钩，从而对操作安全性造成潜在危害。为了克服单质点模型的缺点，一些研究人员采用多质点模型，将整个列车形成为由柔性车钩连接的点质量级联，以解决巡航控制问题。

因此，本发明从重载运输列车的实际运行状况出发，研究一种基于周期性间歇控制的重载列车巡航控制方法有着重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述问题，提高重载列车的运行效率，本发明提出了重载列车的有效间歇巡航控制问题。首先基于周期性间歇控制的概念，在考虑系统不确定参数情况下，给出了重载列车误差动态状态空间模型的闭环形式，这与现有的重载列车控制方法的不同之处在于，控制力只在运行周期的一部分时间段提供。为了便于控制器设计，提出了一组线性矩阵不等式(LMIs)作为周期性间歇控制器存在的充分条件，这保证了速度跟踪误差和车钩相对位移在平衡状态下呈指数稳定。仿真结果表明，本发明所提出的控制方案可以在不牺牲速度跟踪性能的情况下显著提高控制效率。

为了解决上述问题，本发明提出一种基于周期性间歇控制的重载运输列车巡航控制方法，包括以下步骤：

S1：建立考虑基本阻力参数不确定性的重载列车动力学模型；

S2：构建周期间歇控制框架下的状态反馈控制律；

S3：设计输入约束下的周期性间歇控制器，具体控制方法步骤包括：

S31：设定运行周期T和工作时间θ；

S32：当时间处于工作时间区间，通过定理的线性矩阵不等式，计算控制力u(t)，并将其实施到重载列车动力学模型中的每个单元列车进行控制；

S33：当时间处于非工作时间区间，则此时不施加控制；

S34：重复步骤S32和S33，直到系统停止工作。

在上述方案的基础上，步骤S32所述的单元列车包括机车及机车牵引的车辆。

在上述方案的基础上，步骤S1建立考虑基本阻力参数不确定性的重载列车动力学模型过程如下：

S11：假设，j表示车厢的数量，，每辆车厢的纵向力描述如下：