[发明专利]高速列车移动协同闭塞控制方法及系统

说明书

本发明公开了高速列车移动协同闭塞控制方法及系统，通过根据同一线路上的当前列车的前后列车运行状态，实时获得当前列车的允许行车范围，允许行车范围之间保持预设的安全间隔，根据允许行车范围和基于列车速度受约束条件，建立列车动力学模型，根据列车动力学模型，建立控制列车运行的分布式控制模型，将待控制列车期望速度、前后列车的位置以及前后列车的期望相对距离输入到所述分布式协同控制模型中，求解得到并执行实时执行待控制列车的控制牵引力以实现多列车协同控制。解决了现有高速多列车运行效率低的技术问题，并能在保证相邻列车始终保持安全距离的基础上，实现多列车协同控制，从而保证列车能够安全、高效地运行。

技术领域

本发明涉及列车系统运行控制领域，尤其涉及高速列车移动协同闭塞控制方法及系统。

背景技术

我国高速铁路的列车控制系统在不断发展，从最初的CTCS2系统到目前的CTCS3系统，地面设备不断减少，列车与调度中心的信息交互也越来越多。然而，出于行车安全的考虑，目前高速列车采取的闭塞方式仍然基于固定闭塞。在此闭塞方式下，列车间距大，运行效率低，已不适合目前高铁发展的需求。

在未来CTCS4系统中，列车通讯能力进一步加强，列车运行将采取移动闭塞的策略。但在现有理论中，研究移动闭塞方式下的多列车协同运行，只能采用势函数来处理列车之间的避碰问题，而在实际中列车控制输入(列车牵引力)不能任意大，导致列车避碰策略在实际中难以实现，因此，多列车移动闭塞方式在理论上没有完全解决。

发明内容

本发明提供的一种高速列车移动协同闭塞控制方法及系统，解决了现有列车避碰策略在实际中难以实现的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的高速列车移动协同闭塞控制方法，包括：

实时获取同一线路上的待控制列车的前后列车运行状态，并根据预设的安全间隔距离构建以待控制列车的牵引力为输入，以待控制列车的速度为输出变量，以待控制列车的允许行车范围和列车速度受约束条件为约束的列车动力学模型；

根据所述列车动力学模型设计待控制列车的分布式协同控制模型，所述分布式协同控制模型以待控制列车的期望速度和前后列车的期望相对距离作为扰动，以待控制列车的牵引力作为控制输入；

实时获取并将待控制列车期望速度、前后列车运行状态以及前后列车的期望相对距离输入到所述分布式协同控制模型中，求解得到所述待控制列车的牵引力，并控制待控制列车实时执行所述牵引力以实现多列车协同控制。

优选的，所述列车动力学模型具体为：

其中，k为采样点，取值为非负整数；T为采样周期；x_i(kT)表示列车i在kT时刻的位置；v_i(kT)表示列车i在kT时刻的速度；v_i((k+1)T)表示列车i在(k+1)T时刻的速度；u_i(kT)表示列车i在kT时刻的列车的牵引力；c₀、c_v和c_a均为正常数；Y_i代表列车i的实时允许行车范围；为投影算子，其数学定义为：表示集合X到点x最小距离所对应的点；Sat[.]为饱和算子，具体定义为：

其中，v_i表示列车i的虚拟速度，和分别表示列车i所能到达的速度上限和下限值。

优选的，根据所述列车动力学模型设计待控制列车的分布式协同控制模型，包括以下步骤：

令和H_i＝C_i-F_i，对所述列车动力学模型进行平移变换，从而得到变换后的列车动力学模型具体为：