[发明专利]高速列车广义预测调优控制方法

权利要求书

1.高速列车广义预测调优控制方法，其特征在于，

S1、采集高速列车运行过程数据；

S2、利用数据驱动建模方法，将高速列车描述成多个动力单元组成并建立动力学模型；

S3、采用多变量输入输出的广义预测调优控制方法对高速列车进行速度跟踪控制；分别在频域和时域构造两个凸优化问题，确定性能指标函数中的加权矩阵调优参数的值，调优参数的值确定时考虑了保证闭环系统性能的稳定性。

2.根据权利要求1所述的高速列车广义预测调优控制方法，其特征在于：S1中采集高速列车运行过程数据为以高速列车运行过程受力情况的动力学数学方程描述为基础，确定模型的线性结构，据此设计高速列车运行过程MIMO-GPC模型框架为：

式中矩阵y(t)为系统输出，矩阵u(t)为系统输入；

设置(t_r，os)代表阶跃响应中的超调量和上升时间；

ω₁～y₁：(5s，10％)，ω₂～y₂：(5s，15％)，ω₃～y₃：(5s，20％)

设置的3个输入通道具有高通滤波器的低增益的性质，这些对应于下面的传递函数阵；

那么动力单元未来预测速度输出的矩阵形式；

Y_i(k+j)＝L_iΔU_i(k)+H_iΔU_i(k-j)+G_iY_i(k)+E_iξ_i(k)

式中，其中ΔU_i(k-j)为第i个动力单元的过去控制力增量，Y_i(k)为第i个动力单元的过去速度输出向量，ξ_i为不相干随机向量，表示为；

Δu_i(k-j)＝[Δu_i(k-1)Δu_i(k-2)...Δu_i(k-D)]

Y_i(k)＝[y_ik y_i(k-1)]

其中Δu_ik＝y_ik-u_i(k-1)为控制力增量。

3.根据权利要求1所述的高速列车广义预测调优控制方法，其特征在于：S3中对高速列车进行速度跟踪控制根据预测输出速度和期望输出速度之间的偏差设计性能指标函数

等式右边第一项满足高速列车跟踪性能，第二项满足舒适性指标；通过最小化性能指标，计算获得最优控制输入，实现对高速列车运行过程速度高精度跟踪控制，式中，为未来(t+k)时刻的模型实际预测输出，w(t+k)为未来(t+k)时刻的期望输出；N₁为最小输出长度，一般N₁≥1；N₂为预测长度；N_u为控制长度，且有N_u≤N₂；Δu(t+k-1)＝u(t+k-1)-u(t+k-2)；Q是期望输出的加权矩阵，Λ是控制加权矩阵，约束控制量。

4.根据权利要求3所述的高速列车广义预测调优控制方法，其特征在于：高速列车运行过程速度高精度跟踪控制的过程将预测输出速度y与目标函数给出的期望输出速度y_r之间的误差反馈给广义预测控制器，经过具体计算获得并输出控制量u，从而实现列车速度跟踪。