[发明专利]列车工况转换控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及列车控制技术领域，特别涉及一种列车工况转换控制方法及系统。

背景技术

城市轨道交通列车在线路上运行时有三种基本工况：牵引工况、惰行工况和制动工况，列车在运行中通过这三种工况的相互配合转换来完成列车的启动、加速、减速和制动等过程。在列车安全运行的前提下，如何在列车运行过程中选择适当的时机转换上述三种工况，从而最大限度的节约列车的能耗支出，提高旅客乘坐舒适度，保证列车整点运行，是世界各国的铁路运输部门都关注的问题。

对于基于通信的列车自动控制(Communication Based TrainControl System，CBTC)，目前大多数情况下由司机对列车运行进行控制，司机根据目标速度、最大限速、当前行驶速度并结合司机的驾驶经验来转换列车运行工况，人为对列车工况转换进行控制。而工况转换自动控制主要是采用基于比例积分微分(Proportion IntegrationDifferentiation，PID)控制的列车自动驾驶设备(Automatic TrainOperation，ATO)对列车工况转换进行控制，由ATO设备实现列车的自动控制。PID控制器是一种线性调节器，将设定值与输出值的偏差按比例、积分和微分进行控制。这种控制方法要事先设定速度-距离曲线，按照事先安排好的行车曲线进行速度控制。采用PID控制列车速度时，PID控制器通过设定值与输出值的差值确定当前列车运行应该采用的工况，从而控制列车工况转换。

现有工况转换技术中，人为控制由于司机经验的差异或者主观原因难免出现差错；自动控制方案中，列车运行控制模型是一个非常复杂的多变量、非线性动力学模型，很难用精确的数学模型来表示，这就给PID控制器的设计带来了很多的问题；而且列车工况转换控制有着很多年人工控制的经验，利用PID控制器对列车工况转换控制不能利用人类已经总结出的优秀的驾驶经验。从这两个方面来看，目前列车工况转换控制方法中存在以下几方面的不足：

(1)、人为工况转换控制完全基于司机的驾驶水平、驾驶习惯及驾驶经验，不同司机驾驶工况转换点不同，主观性太强，难免出现人为差错；

(2)、控制列车工况转换的PID控制模型很难准确的建立，而且PID控制速度时的加速减速转换次数过多，即工况转换频繁，不利于列车平稳运行，能耗过大；

(3)、自动工况转换完全依赖基于速度的PID算法，无法加入已经成熟、优秀的列车司机驾驶经验，乘坐的舒适性、列车运行能耗等问题无法进行很好的控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何精确控制列车工况进行转换，降低列车能耗，并保证行车安全和乘车的舒适性。

(二)技术方案

为此，本发明提供了一种列车工况转换控制方法，包括：

步骤11、获取列车当前受到的合力F，当前运行速度和目标速度的速度差e作为输入变量；

步骤12、将所述输入变量进行模糊化处理；

步骤13、根据制定的模糊规则，对所述模糊化处理的结果进行模糊推理，得到输出变量U；

步骤14、对所述输出变量U进行去模糊化处理，根据所述去模糊化处理的结果控制列车工况的转换。

所述合力F包括：列车当前的牵引力、当前的制动力、当前的基本阻力和附加阻力的和。

所述步骤12具体包括：根据选择的三角形隶属函数，将所述输入变量模糊化处理。

所述模糊规则具体包括：

列车速度小于最高限速，且列车稳定运行，且列车在规定运营时分运行，且所述合力的瞬时变化率的范围为0.48～0.69m/s³，且列车在两站之间的运行中，工况的转换次数小于2。

所述保证列车稳定运行具体包括：当速度差e经模糊化之后的状态在{负大，负中，正中，正大}中时，调整列车行驶速度消除速度差e，当速度差e经模糊化之后的状态在{负小，零，正小}中时，选择控制量要防止超调。

所述合力F，速度差e，输出变量U都用{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}七种状态来描述，其中{负大，负中}为牵引工况，{负小，零，正小}为惰性工况，{正中，正大}为制动工况。

本发明还提供了一种列车工况转换控制系统，包括：

模糊化模块，与列车超速防护模块以及列车自动驾驶模块相连接，用于从所述列车超速防护模块和列车自动驾驶模块中获取当前运行速度和目标速度的速度差e，以及基于当前运行速度对列车做受力分析得到列车所受的合力F，将所述合力F和速度差e作为输入变量，对所述输入变量进行模糊化处理并输出；