[发明专利]基于预报误差法的高速列车状态反馈预测控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于预报误差法的高速列车状态反馈预测控制方法及系统。该方法包括：获取高速列车的速度预测模型根据所述速度预测模型预测k时刻以及k+p时刻列车的预测速度；获取k时刻列车的实际速度输出值；根据k时刻列车的预测速度以及k时刻列车的实际速度输出值确定k时刻的速度预测误差；根据k时刻的速度预测误差，对k+p时刻列车的预测速度进行修正，得到修正后的列车预测速度；以修正后的列车预测速度为给定速度根据计算k时刻列车的控制力u_k，在k时刻到k+p时刻，基于所述控制力u_k，向所述列车施加控制力。本发明适应性强、计算简便，且能够实现列车速度的高精度跟踪。

技术领域

本发明涉及高速列车速度跟踪控制领域，特别是涉及一种基于预报误差法的高速列车状态反馈预测控制方法及系统。

背景技术

中国高铁已经进入快速发展时期，高速列车在现代交通中占据一个非常重要的地位。然而，高速列车在行驶过程中具有高度非线性、复杂动力学特性、不确定性等特点，运行过程中的情况非常繁杂，使得准确建立高速列车模型非常困难。为了使高速列车安全正点行驶，需要用更好的控制高速列车行驶过程。所以，高速列车的建模和控制成为当今研究的重点和方向。

对于高速列车运行过程建模，通常根据高速列车动力学特性构建高速列车运动方程，从而得到高速列车运行过程系统模型。然而，高速列车随着运行速度越来越快，受到的空气阻力逐渐增大，与相关设备的耦合关系逐渐加强，高速列车快速行驶中的高度非线性和不确定性很难用传统的动力学方程描述。随着人工神经网络的发展，有人提出了采用神经网络对高速列车进行建模，但是神经网络训练需要大量实际数据，增加时间成本，并有可能陷入局部最优。

对于高速列车运行过程控制，常常采用经典的PID控制算法，但是PID控制算法在参数的选取上依靠人为调节，不适合高速列车复杂过程控制。发展过程中，有人提出使用广义预测控制实现高速列车速度跟踪控制，但是广义预测控制算法计算繁琐复杂，在实时响应的高速列车控制系统中表现不佳。有人把高速列车的自动停车控制和模糊控制相结合，但是模糊控制中模糊规则以及隶属函数凭借经验得出，在高速列车运行过程中难以控制和计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于预报误差法的高速列车状态反馈预测控制方法及系统，适应性强、计算简便，且能够实现列车速度的高精度跟踪。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于预报误差法的高速列车状态反馈预测控制方法，包括：

获取高速列车的速度预测模型其中，A、B、C分别为高速列车的第一系统矩阵、第二系统矩阵、第三系统矩阵，为k+p时刻列车的预测速度，p为预测时域，x_k为k时刻列车的状态向量，u_k+p-i为k+p-i时刻列车的控制力；其中，所述状态向量为与列车相关参数有关的状态矩阵；

根据所述速度预测模型预测k时刻以及k+p时刻列车的预测速度和

获取k时刻列车的实际速度输出值y_k；

根据k时刻列车的预测速度以及k时刻列车的实际速度输出值y_k确定k时刻的速度预测误差；

根据k时刻的速度预测误差，对k+p时刻列车的预测速度进行修正，得到修正后的列车预测速度

以修正后的列车预测速度为给定速度根据计算k时刻列车的控制力u_k，其中，K＝CA^p，

在k时刻到k+p时刻，基于所述控制力u_k，向所述列车施加控制力。

可选的，在所述获取高速列车的速度预测模型之前，还包括：