[发明专利]高速列车广义预测调优控制方法

说明书

本发明公开了高速列车广义预测调优控制方法，采集高速列车运行过程数据；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；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。解决了大滞后问题，实现列车正点、安全、有效运行，保证了乘客安全，本发明方法简单实用，可实现高速列车自动驾驶控制。本发明适用于高速列车运行过程在线监测和自动控制。

技术领域

本发明涉及高速列车运行过程监测与自动控制技术领域，具体为高速列车广义预测调优控制方法。

背景技术

随着中国经济的快速发展，客运量不断增加，为加强现代综合运输体系 的建设，打造高品质的快速网络，加快推进高速铁路网，对于越来越多人们 出行，高速列车的快速性、舒适性、及运行安全性等优点成了人们的首要选 择，其运行安全性是重中之重，然而高速列车作为一个由复杂技术装备组成、 在复杂环境中其运行系统是一个非线性动力学系统，如何对高速列车运行过 程建立有效的模型和实施速度跟踪控制及对牵引力/制动力的输出控制，对确 保高速列车安全、平稳运行尤为关键。

针对高速列车运行过程的建模，通常采用基于牵引计算和运行阻力经验模型的描述方法，但其无法完整刻画动车组复杂多变的非线性模型；多输入多输出的广义预测控制方法可解决动车组运行过程建模及控制优化问题。针对列车运行过程，常用的控制方法有：(1)经典控制算法，主要是PID控制算法。 1968年，英国将此算法应用到伦敦地铁上，针对复杂控制过程，PID算法无法做出智能应对。(2)智能控制算法。在实现列车自动停车方面，有人做过一些尝试，取得了比PID更好的控制效果；(3)自适应鲁棒控制算法。对动车组运行速度和位置跟踪有较好的控制效果，但当动车组运行在工况过渡阶段，因其控制力变化剧烈影响了旅客的舒适；上述控制方法主要应用在城市轨道交通等普通速度列车，在高铁及动车组等高速列车上很少采用。

发明内容

本发明的目的在于提供高速列车广义预测调优控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高速列车广义预测调优控制方法，

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。

优选的，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；