[发明专利]一种针对列车运行的虚拟耦合策略和模型预测控制方法

权利要求书

1.一种针对列车运行的虚拟耦合策略和模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、利用上一时刻的控制量对状态变量进行增广得到列车的离散空间动力学模型如式(1)所示：

其中，参数A,B,C,H分别表示为：

表示列车的状态量，b₁及b₂表示线性化后的列车受到的阻力f＝b₁v+b₂中的系数，K表示稳态增益，T表示惯性环节的过渡时间，m表示列车总质量，γ表示列车回转质量参数，η_(k)表示能够通过仪器观测到的系统输出，T_s表示系统的离散时间步长同时也是控制步长，表示增量形式的控制输入；

步骤2、采用虚拟耦合的方式，确定列车的控制目标，即计算前后车最小距离；引入控制延迟，根据控制目标确定列车控制状态方程如式(2)所示：

其中，Ξ_k表示所有状态量在预测时域内的集合；

根据确定的列车控制状态方程，确定MPC控制所需的代价函数如式(3)所示：

其中，Ψ＝CM,Θ＝CW,Λ＝CΓ-Y_f；Q和R均为权重系数；

步骤3、列车初始化控制状态载入运行环境数据；列车运行过程中当运行情况发生变化时列车更新自身的运行轨迹，同时，在每个控制时刻判断前方设定范围内是否存在在前列车，若不存在则执行硬墙模式，否则与在前列车执行耦合过程跟随在前列车的运行轨迹，并根据确定的列车状态约束利用二次规划求解器抵消控制延迟并求解步骤2得到的列车控制状态方程得到控制序列，采用控制序列控制列车；两车距离进入缓冲区buffer内时进行缓冲对接；直到列车到站停止时退出本流程。

2.根据权利要求1所述的虚拟耦合策略和模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤3中的所述设定范围为前后两辆列车之间的安全距离范围，所述设定范围的取值由耦合过程和车辆性能决定。

3.根据权利要求1所述的虚拟耦合策略和模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤3中在所述根据确定的列车状态约束利用二次规划求解器求解步骤2得到的列车控制状态方程之前通过调整权重系数Q改变列车行驶状态。

4.根据权利要求1所述的虚拟耦合策略和模型预测控制方法，其特征在于，所述虚拟耦合策略和模型预测控制方法还包括以下列车状态约束：系统加速度变化量约束、系统加速度约束、系统速度约束及列车位移约束。