[发明专利]高速列车控制方法及其鲁棒控制器的设计方法

权利要求书

1.一种高速列车控制方法，其特征在于，所述方法包括：

采集列车的实时运行状态，所述实时运行状态至少包括当前列车速度及车钩偏移量；

计算所述当前列车速度及所述车钩偏移量与目标速度和目标车钩偏移量之间的状态偏差；

计算状态反馈控制律；

根据所述状态反馈控制律和所述状态偏差，计算各车厢的控制力；以及

将所述控制力施加到各所述车厢，

其中，所述状态反馈控制律表示为

x(k+1)＝(A+ψ_kμ_kBF(k))x(k)+Dw(k)，

x(k)是状态变量，w(k)是高速列车受到的外部干扰，A、B、D是系数向量，k表示时间，F(k)是控制增益，ψ_k、μ_k是随机变量。

2.一种鲁棒控制器的设计方法，所述鲁棒控制器用于控制根据权利要求1所述的高速列车控制方法的执行，其特征在于，所述设计方法包括：

建立多质点高速列车动力学模型；

对基于无线通信的高速列车控制系统进行建模；

设计考虑随机丢包的状态反馈控制律；

构建综合考虑列车速度跟踪性能和能耗的优化控制目标；以及

设计考虑输入约束条件下的所述鲁棒控制器，

其中，所述建立多质点高速列车动力学模型包括：

用以下式子描述每辆列车的纵向力

其中，m_i是列车质量，u_i表示牵引力或制动力，f_i表示第i和第i+1辆列车之间的列车内力，F_i^R表示第i辆列车的基本阻力，w_i是不确定的外部扰动；

用以下式子描述列车所受的基本阻力

其中，c₀、c₁和c₂是与高速列车的物理特性有关的常数；

将列车所受的内力描述为f_i＝kd_i，i＝1，2，...，n-1，其中，d_i是车钩与其原始长度的偏差；

用以下式子描述所述高速列车控制系统的状态空间模型

将列车在平衡状态下的控制力描述为

定义状态变量x(t)以及控制输入向量u(t)，用以下式子表示和以及

将高速列车系统的状态空间模型转化成以下形式：

x(t)＝Ax(t)+Bu(t)+Dw(t)

其中，w(t)是列车受到的外部干扰，

所述对基于无线通信的高速列车控制系统进行建模包括：

引入随机变量ψ_k和μ_k来描述上行和下行链路中的丢包，ψ_k和μ_k满足伯努利分布

其中，和是常数，

所述设计考虑随机丢包的状态反馈控制律包括：

选择作为状态反馈控制律初始形式；

将列车的实际运行状态与RBC实际接收到的列车运行状态之间的关系确定为

将RBC为列车计算出的控制策略与列车接收到的控制策略u(k)之间的关系确定为

计算得到列车接收到的控制策略与列车实际运行状态之间满足u(k)＝ψ_kμ_kF(k)x(k)；以及

计算得到高速列车控制系统的状态空间表达式

x(k+1)＝(A+ψ_kμ_kBF(k))x(k)+Dw(k)，

其中，x(k)是状态变量，w(k)是高速列车受到的外部干扰，u(k)是控制输入向量，A、B、D是系数向量，k表示时间，F(k)是控制增益，是RBC实际接收到的列车运行状态，是RBC为列车计算出的控制策略，ψ_k、μ_k是随机变量。