[发明专利]一种动车邻域子系统的动力分布式优化调度方法

摘要

本发明提供一种动车邻域子系统的动力分布式优化调度方法，S1，以动车组的单个车厢为局部子系统，并根据动车组车头车厢、车尾车厢以及车头和车尾之间的车厢所受力的不同，分别建立动车组局部子系统模型；S2，根据动车组局部子系统模型建立动车邻域子系统模型；S3，根据每个车厢所受合力建立动车组运行过程中的约束条件；S4，根据动车邻域子系统模型中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；S5，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力分配的优化调度。本发明可以实现的高速动车组动力分布式预测控制，使每节车厢的控制自由度更大，响应更为迅速，提高动力分配效率。

主权项

1.一种动车邻域子系统的动力分布式优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，以动车组的单个车厢为局部子系统，并根据动车组车头车厢、车尾车厢以及车头和车尾之间的车厢所受力的不同，分别建立动车组线性化后的动车组局部子系统模型：车头车厢的局部子系统模型：z·1=A11z1+B1u1+A12z2;]]>车头和车尾之间的车厢的局部子系统模型：z·i=Aiizi+Biui+Aii+1zi+1+Aii-1zi-1;i=2,...,n-1;]]>车尾车厢的局部子系统模型：z·n=Annzn+Bnun+Ann-1zn-1;]]>其中，分别为包含第1节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量的一阶导、第i节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量的一阶导、第n节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量的一阶导；z₁、z₂、z_i、z_i+1、z_i-1、z_n、z_n-1分别为第1节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量、第2节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量、第i节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量、第i+1节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量、第i-1节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量、第n节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量、第n-1节车厢的速度和相关弹簧形变量的状态变量；u₁、u_i、u_n分别为第1节车厢、第i节、第n节车厢的有效牵引力输入；A₁₁、A_ii、A_nn分别为第1节车厢、第i节车厢、第n节车厢对自身的状态变量影响系数矩阵；B₁、B_i、B_n分别为第1节车厢、第i节、第n节车厢的有效牵引力输入的系数矩阵；A₁₂、A_ii+1、A_ii-1、A_nn-1分别为第2节车厢对第1节车厢、第i+1节车厢对第i节车厢、第i-1节车厢对第i节车厢、第n-1节车厢对第n节车厢的影响系数矩阵；i为第i节车厢，n为车厢总数；S2，根据动车组局部子系统模型建立动车邻域子系统模型：车头车厢的邻域子系统模型：Z·n1=A^11Zn1+A^12Zn2+B^1U^1;]]>车头和车尾之间的车厢的邻域子系统模型：Z·ni=A^iiZni+A^ii-1Zni-1+A^ii+1Zni+1+B^iU^i,i=2,...,n-1;]]>车尾车厢的邻域子系统模型：Z·nn=A^nnZnn+A^nn-1Znn-1+B^nU^n;]]>其中，分别为包含z₁z₂的第1个邻域子系统、包含z_i-1 z_i z_i+1的第i个邻域子系统、包含z_n-1 z_n的第n个邻域子系统状态变量的一阶导；Z_n1、Z_n2、Z_ni、Z_ni-1、Z_nn、Z_nn-1分别为包含z₁ z₂的第1个邻域子系统状态变量、包含z₁ z₂ z₃的第2个邻域子系统状态变量、包含z_i-1 z_i z_i+1的第i个邻域子系统状态变量、包含z_i-2 z_i-1 z_i的第i-1个邻域子系统状态变量状态变量、包含z_n-1 z_n的第n个邻域子系统状态变量、包含z_n-2 z_n-1 z_n的第n-1个邻域子系统状态变量；分别为为第1个邻域子系统、第2个邻域子系统、第i个邻域子系统、第i-1个邻域子系统、第i+1个邻域子系统、第n个邻域子系统、第n-1个邻域子系统的状态变量影响系数矩阵；分别为第1个邻域子系统、第i个邻域子系统、第n个邻域子系统的有效牵引力输入的系数矩阵；分别为第1个邻域子系统、第i个邻域子系统、第n个邻域子系统的有效牵引力输入；i为第i节车厢，n为车厢总数；S3，根据每个车厢所受合力建立动车组运行过程中的约束条件：U_imin-u^e≤U_i≤U_imax-u^e；其中，U_i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_imin、U_imax分别为车厢的牵引力和制动力的合力的最小值、最大值；S4，根据动车邻域子系统模型中有效输入、预测时域以及控制时域，确定优化控制的目标函数：J(k)=U_i^THU_i+2U_i^Tf；其中：H=B~iTQ~B~i+R~;]]>f=-B~iT×Q~×(Yr-A~iiZn(k)-A~ii+1Zn(k+1))-A~ii-1Zn(k-1));]]>其中，k为时间参数；J(k)为在k时刻目标函数的输出；Z_n(k)、Z_n(k+1)、Z_n(k-1)分别为在k、k+1、k-1时刻的状态状态变量；U_i为车厢受到的有效牵引力；f中间变换矩阵；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，分别为状态方程系数预测变换矩阵，为状态方程系数预测变换矩阵；Y_r为系统的设定值；n为车厢节数；T为矩阵转置；S5，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力分配的优化调度。