[发明专利]一种基于模型的动车组动力优化预测控制方法

摘要

本发明提供一种基于模型的动车组动力优化预测控制方法，S1，将动车组车厢的运行速度和车厢之间的位移作为状态变量，建立动车组线性化后的动车组状态方程；S2，根据动车组运行时受到的有效牵引力和车厢间的相互作用力建立动车组运行过程中的约束条件；S3，根据动车组线性化后的模型、车厢间的相互作用力、预测时域以及控制时域，确定优化控制的目标函数；S4，将所述目标函数在所述约束条件下求解，获得动车组运行过程中动车速度变化和动力分配的优化控制。本发明可以实现的动车组动力分布模型预测控制，通过对动车组运行过程中动车速度变化从而对动力分配进行优化，使得动车组在运行时保持节能经济，提高动力分配效率。

主权项

1.一种基于模型的动车组动力优化预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将动车组车厢的运行速度和车厢之间的位移作为状态变量，建立动车组线性化后的动车组状态方程：y=Cx；其中，x=[δv₁,δv₂,...,δv_n,δx₁,δx₂,...,δx_n-1]^T；u=[δu₁,δu₂,...,δu_n]^T；A、B和C为状态方程系数矩阵；x为车厢之间的位移；y为每节车厢的速度组成的列向量；u为车厢受到的有效牵引力；为车厢之间的位移的一阶导数；δv₁、δv₂、δv_n分别为第1节车厢、第2节车厢的运行速度的平衡点附近偏移量、第n节车厢的运行速度的平衡点附近偏移量；δx₁、δx₂、δx_n-1分别为第1节车厢相对第2节车厢、第2节车厢相对第3节车厢、第n-1节车厢相对第n节车厢的相对位移量平衡点附近偏移量；δu₁、δu₂、δu_n分别为第1节车厢、第2节车厢、第n节车厢的牵引力和制动力的合力平衡点附近偏移量；n为车厢节数；T为矩阵转置；S2，根据动车组运行时受到的有效牵引力和车厢间的相互作用力建立动车组运行过程中的约束条件：u_min-u^e≤u≤u_max-u^e，其中，x(k)=[f1k1,f2k2,...fn-1kn-1]T;]]>xmin=[f1mink1,f2mink2,...,fn-1minkn-1]T;]]>xmax=[f1maxk1,f2maxk2,...,fn-1maxkn-1]T;]]>和为状态方程系数离散矩阵；k为时间状态参数；x(k)为在k时刻的车厢位移的状态函数；u为车厢受到的有效牵引力；u^e为在平衡点状态下车厢受到的有效牵引力，e为平衡点状态；u_min、u_max分别为车厢的牵引力和制动力的合力的最小值、最大值；x_min、x_max分别为车厢之间的位移的最小值、最大值；f₁、f₂、f_n-1分别为第1节车厢与第2节车厢间、第2节车厢与第3节车厢间、第n-1节车厢与第n节车厢间的相互作用力；f_1min、f_2min、f_n-1min分别为第1节车厢与第2节车厢间、第2节车厢与第3节车厢间、第n-1节车厢与第n节车厢间的相互作用力最小值；f_1max、f_2max、f_n-1max分别为第1节车厢与第2节车厢间、2节车厢与第3节车厢间、第n-1节车厢与第n节车厢间的相互作用力最大值；k₁、k₂、k_n-1分别为第1节车厢与第2节车厢之间、2节车厢与第3节车厢间、第n-1节车厢与第n节车厢间的连接体的弹性系数；n为车厢节数；T为矩阵转置；S3，根据动车组线性化后的动车组状态方程、车厢间的相互作用力、预测时域以及控制时域，确定优化控制的目标函数：J(k)=u^THu+2u^Tf；其中，H=B~TQ~B~+R~,]]>f=B~Q~A~x(k),]]>k为时间参数；J(k)为在k时刻目标函数的输出；x(k)为在k时刻的状态；u为车厢受到的有效牵引力；f为车厢间的相互作用力；H为中间变换矩阵，P为预测时域，M为控制时域，Q、R均为正定矩阵，为由正定矩阵Q组成的对角矩阵，为由正定矩阵R组成的对角矩阵，为状态方程系数变换矩阵，为状态方程系数变换矩阵；n为车厢节数；T为矩阵转置；S4，将所述目标函数在所述约束条件下求解，获得动车组运行过程中动车速度变化和动力分配的优化控制。