[发明专利]一种基于H∞和多目标优化的列车速度控制方法

权利要求书

1.一种基于H∞和多目标优化的列车速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤一、充分考虑列车外形和编组长度对列车阻力的影响，根据列车多质点模型建立列车编组阻力模型；

列车编组阻力包括基本阻力和附加阻力；其中附加阻力包括了坡道阻力、曲线阻力和隧道阻力；

步骤二、把列车当作单质点，将所有阻力合并，构建列车总的动力学模型并简化，利用拉格朗日算法将动力学模型在运行速度进行展开，转化成线性模型；

线性模型具体形式如下：

c₁,c₂均为常数；v₀是列车当前速度；w为系统未知扰动；v为列车速度；m为列车质量；F_车为列车系统的输入；

列车的动力学方程，简化式如下：

其中c₀,c₁,c₂均为常数，其计算公式如下：

c₁＝-bg-3.54LR²+2.68LR-13.42R²-0.47L-5.99R-0.92 (7)

其中，r_b是轴颈半径；φ是轴承摩擦系数；R_L是车轮半径；σ是比例系数；L为列车总长度；R是隧道阻塞比；b是一次系数；g为重力加速度；ρ是流体密度；S为迎风面积；n是车厢节数；C₁是车头空气阻力系数；d为列车动力直径；r_i为第i个坡道的坡度；l_i为在第i个坡道上车身的长度；N为列车车身所处坡道的总数；A₀是经验常数；l_j是处在第j个弯道上车身的长度；R_j是第j个弯道曲线半径；M是列车车身所处弯道的总数，v₀是列车当前速度，F_车为列车系统的输入；

步骤三、利用凸多面体的方法把线性模型中的时变参数用顶点值表示，引入理想参考速度，把系统扩展成偏差为状态变量的形式，选择状态反馈控制方法，得到闭环系统方程；

将c₁+2c₂v₀设为参数A，将设为参数B，A和B都是有界的时变参数；

闭环系统公式如下：

其中：

式中，ξ是系统状态，v_r是理想的参考速度，K是控制器的反馈增益，d为列车动力直径；

步骤四、选择H∞指标，利用LMI工具求解反馈增益，得到列车系统总的驱动力或制动力；

H∞指标如下：

式中γ₁和γ₂是两个大于零常数的H∞指标；

总的驱动力或制动力F_车：

F_车＝YPξ

式中P是一个正定矩阵，Y＝KP^-1；

步骤五、判断F_车是否大于0，如果是，则为总系统的驱动力，否则为制动力，考虑每节车厢能提供的最大驱动力和制动力，以及使相邻两车厢间钩缓装置力之和最小时，利用多目标优化的方法对每节车厢的驱动力或制动力进行分配。