[发明专利]一种高速列车多动力单元分布式控制方法

说明书

本发明涉及一种高速列车多动力单元分布式控制方法，包括如下步骤：S1：将高速列车多动力单元数量、列车参考速度运行曲线，列车限速信息，列车摩擦阻力系数等作为控制系统输入；S2：在每个采样控制周期，监测并得到列车各动力单元实时速度和位移反馈信息；S3：根据各动力单元实时速度和位移反馈信息，设计分布式控制方法，计算各动力单元的控制输出，并对列车进行控制；S4：重复步骤S2‑S3，直到控制过程结束。本发明针对高速列车动车组采用多控制单元进行牵引和制动的特征，设计了面向动力分散式高速列车的分布式巡航控制方法，有效提高列车追踪精度和列车运行舒适性，并在一定程度上减少列车运行能耗。

技术领域

本发明涉及轨道交通高速列车控制领域。更具体地，涉及一种高速列车多动力单元分布式控制方法。

背景技术

目前，随着高速铁路的快速发展，我国目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网。作为高速铁路的“大脑神经系统”，高速列车运行控制系统是确保高速列车运行安全和提高运行效率的核心关键技术。为了保障高速列车安全高效运行，高速列车运行控制方法设计已成为学术界一个重要的研究热点。先进的高速列车运行控制方法，可有效提升列车运行中的安全性、舒适性和平稳性。

高速列车动车组均采用动力分散方式进行牵引和制动控制。当高速动车组运行速度超过300km/h时，由于受轮轨粘着和功率等因素限制，传统的动力集中式控制的缺点暴露无遗，而动力分散式控制的优点更加突出。动力分散式动车组的安全性、经济性、实用性以及允许效率比动力集中式动车组具有更多的优势。因此，面向动力分散式高速列车运行控制方法的设计显得尤为实际和重要。

对于传统的动力分散式高速列车运行控制方法，牵引/制动控制单元依据驾驶策略对应的控制指令对列车各个控制单元进行“均衡”分配，该分配策略难以考虑不同牵引/制动控制单元的摩擦阻力系数以及不同牵引/制动单元间的相互作用力，无法对列车可控动力单元实现精确的控制。目前有相关文献考虑不同牵引/制动控制单元之间的相互作用力，基于鲁棒控制设计高速列车多动力运行控制方法，实现不同牵引/制动控制单元的协调控制。然而该方法主要基于集中式控制框架，其具有通信延误时间长，计算效率低下等缺点。进一步，通过将高速列车每个动力单元看做一个子系统，可以设计相应的分布式控制方法框架，其中每个子系统进行独立控制。分布式控制框架适合高速列车动车组采取的动力分散方式，而且具有计算效率高，通信延误时间短，控制系统鲁棒性高等特点。此外，高速列车多动力单元的分布式控制方法可以为未来智能列车发展中的信号车载控制(ATO)与车辆控制一体化提供一定的技术支撑。

因此，从高速列车运行控制均采用的动力分散方式实际运行状况出发，研究一种高速列车动力单元分布式控制方法是非常有必要的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种高速列车多动力单元分布式控制方法，包括如下步骤：

S1：将高速列车多动力单元数量、列车参考速度运行曲线，列车限速信息，列车摩擦阻力系数等作为控制系统输入；

S2：在每个采样控制周期，监测并得到列车各动力单元实时速度和位移反馈信息；

S3：根据各动力单元实时速度和位移反馈信息，设计分布式控制方法，计算各动力单元的控制输出，并对列车进行控制，所述分布式控制方法步骤包括：

S31：建立基于多质点的高速列车动态运行模型。

S32：设定预测控制时域，在设定预测控制时域内，根据高速列车动态运行模型、控制系统约束和控制目标，以各动力单元的控制力为控制变量，形成优化控制问题。

S33：基于对偶分解理论，对所形成优化控制问题进行分解，其中每个动力单元作为一个子系统。将原优化控制问题转换为求解一系列小规模子优化控制问题。

S34：基于二次规划方法求解小规模子优化控制问题，得出每个动力单元控制力，并将其作用于列车运行控制系统。