[发明专利]一种基于自触发机制的高速列车巡航运行控制方法

说明书

本发明为一种基于自触发机制的高速列车巡航运行控制方法，S1：考虑列车运行过程中列车基本阻力参数的不确定性，建立列车运行过程动力学模型，S2：根据S1建立的模型，采集列车的实时位置和速度信息，计算列车实时状态与跟踪状态之间的偏差，基于偏差设计事件触发条件；S3：在S2的基础上，设计基于事件触发控制的状态反馈控制增益并计算控制输入以及事件触发参数；S4：基于S3的事件触发参数，计算执行时间，得出下一次需要重新计算控制输入的间隔时间；判断当前时刻是否到达了需要重新计算控制输入的时刻，当未到这一时刻时，对每辆列车施加已经计算得到的控制输入；否则重新采集列车状态并计算控制输入，进行循环，直至列车停车。

技术领域

本发明涉及高速列车巡航控制领域。更具体地，涉及一种基于自触发机制的具有鲁棒高效特点的高速列车巡航运行控制方法。

背景技术

与其他交通方式相比，高铁具有快速、舒适和更环保的特点。随着客运需求的增加，高速铁路的发展得到了越来越多的关注。高速列车在运行过程中不可避免地会受到外部干扰的影响，导致列车运行状态偏离预先设定的速度曲线，从而降低了高速铁路的运营效率。考虑到高速列车的运行速度可高达350km/h。为了应对如此高的速度，有必要设计一种有效的列车控制策略来确保在干扰情况下的速度跟踪精度。

随着自动控制和无线通信技术的发展，高速列车的自动跟踪控制问题也受到了国内外学者的广泛关注。然而，这些控制策略多采用定期更新的方式，即每个控制周期都需要计算控制力。由于计算控制力通常需要获取列车的实时运行状态，因此计算控制力时需要传递列车的实时状态信息。考虑到采样周期是根据最坏情况来确定的，因此采样周期通常较小，这种方式通常会导致过度使用计算和通信资源。为了解决以上问题，考虑外部干扰，本发明设计了面向高速列车巡航运行的自触发控制策略。与现有的基于时间触发的列车控制方法不同，本发明提出的方法中，新计算控制力的时刻能够根据当前状态来动态确定。在执行间隔期间，控制信号保持恒定。该方法可以保证高速列车运行的稳定性和鲁棒性，能够在不牺牲速度跟踪性能的情况下，大大减小信息传输和控制力的更新次数，从而显著提高列车的计算效率，节约通信资源。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于自触发机制的高速列车巡航运行控制方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于自触发机制的高速列车巡航运行控制方法，包括以下步骤：

S1：考虑列车运行过程中列车基本阻力参数的不确定性，建立列车运行过程动力学模型，该模型是本发明中的控制对象；

S2：根据步骤S1所建立的列车运行过程动力学模型，采集列车的实时位置和速度信息，并计算列车实时状态与跟踪状态之间的偏差，并基于偏差设计事件触发条件；

S3：在步骤S2的基础上，设计基于事件触发控制的状态反馈控制增益并计算控制输入以及事件触发条件中的事件触发参数σ；

S4：基于步骤S3得到的事件触发参数σ，计算执行时间τ*(x(t_k))，得出下一次需要重新计算控制输入的间隔时间；判断当前时刻是否到达了需要重新计算控制输入的时刻，当未到这一时刻时，对每辆列车施加已经计算得到的控制输入u(t)；否则重新采集列车状态并计算控制输入，进行循环，直至列车停车。

在上述方案的基础上，步骤S1的具体步骤为：

S11：列车内力f_i^c通过具有刚度系数k的线性弹簧近似表示，具体描述为：

f_i^c＝kz_i,i＝1,2,…,n-1 (4)

其中，z_i是相邻车厢之间的相对位移的线性函数，n表示车厢的数量，i为当前车厢的下标；