融合列车纵向动力学的大规模重载列车群组运行控制方法

专利主权项内容

1.融合列车纵向动力学的大规模重载列车群组运行控制方法，其特征在于，其步骤包括：步骤1：环境感知 : 1)静态参数：获取组群列车类型及参数、线路设计参数、通信系统参数、路网信息； 2)动态时变参数：天气条件、人工临时授权信息、预设的动态编解组行为及其发生位置；步骤2：列车群组内通信系统建模：根据步骤1获取的通信系统参数，建立列车群组内车-车通信模型；步骤3：列车纵向动力学建模：根据步骤1获取的组群列车参数，基于列车系统动力学基本理论建立考虑不确定扰动和时延的重载列车纵向动力学模型；步骤4：运动规划—列车可达域规划： 4.1计算确定列车在既定线路、当前环境下可达到的最高运行速度，从而获得速度区间变化特征； 4.2根据速度区间变化特征确定对应的牵引/制动操纵切换点位置，其中速度区间长度不低于二倍的列车长度； 4.3根据最高运行速度计算确定列车在当前线路、当前环境下各位置处的绝对制动距离；步骤5：运动规划—群组内列车协同规划： 5.1将步骤4中获得的最高运行速度逐车带入步骤3的列车系统动力学模型中，计算各列车通过该线路时的时间-里程对应关系图，并逐车统一以里程为横轴、时间为纵轴建立平面直角坐标系，沿时间轴平移各列车里程-时间曲线，能保证两相邻列车里程-时间曲线不相交的最小值即为群组内最小发车时间间隔，群组内最大发车时间间隔取5分钟； 5.2结合步骤1中的组群列车类型、步骤4中的列车实时绝对制动距离，以群组内发车时间间隔为自变量，计算确定群组内列车不同组合模式下的相对制动距离； 5.3在各列车时间-里程曲线图上，以横轴坐标差不低于相对制动距离与前车长度之和为约束修正最小发车时间间隔； 5.4以步骤4最高运行速度为边界约束条件、通过该线路区间最短时间为目标重新优化获取群组内各列车的最优运行速度；步骤6：运动规划—运动稳定性规划：平滑步骤5中获得的最优速度，降低由机车操纵引起的列车纵向冲动，并以车钩力不超限为约束获得最大允许加速度、最大允许加加速度；步骤7：重载列车群组运行控制系统建模：以各列车的里程、速度、操纵力为状态向量，里程、速度为输出向量，列车集总控制力为控制矢量，将步骤3中的列车系统动力学模型转化到离散时间状态空间内，形成重载列车群组运行控制系统模型；步骤8：重载列车群组运行控制器设计：以步骤5群组内最小发车时间间隔为初值约束、步骤7重载列车群组运行控制系统模型为动力学约束、步骤6中最大允许加速度、最大允许加加速度不超过最大允许值为机车操纵约束，以步骤5中相对制动距离追踪误差及各列车的最优运行速度追踪误差最小为目标函数，以步骤7输出向量预测值和期望值之差的二范数、输出向量预测值和假定值之差的二范数、控制矢量与操纵力之差的二范数三项之和为代价函数，为群组内每一个列车基于模型预测控制方法设计控制器；步骤9：控制前速度判定：判定步骤5计算的最优运行速度是否满足当前位置的限速要求，如果符合，则进行步骤10；如果不符合，则调整速度以满足临时限速要求，然后再进行步骤10；步骤10：群组运行控制：评估列车在当前速度下能否产生对应控制力，如果可行，将速度分配给步骤8的控制器，进行列车运行控制，计算实时控制指令；如果不可行，则根据牵引/制动特性曲线确定与当前环境下机车最大有效输出力一致的速度，随后，将该速度分配给步骤8的控制器，进行列车运行控制，计算实时控制指令。