[发明专利]一种动车组运行过程T-S模糊建模和模糊追踪控制方法

说明书

本发明公开了一种动车组运行过程T‑S模糊建模和模糊追踪控制方法，所述方法根据采集的高速列车运行过程数据，利用数据驱动建模方法，建立动车组运行过程T‑S模糊模型，采用FCM聚类确定模糊模型规则数和前件参数，并采用最小二乘法确定模糊模型后件参数；提出基于T‑S模型的动车组运行速度跟踪控制方法，实现列车安全、高效、正点运行。通过利用本专利所提供的方法从而改变了列车司机凭经验调节控制力以控制速度的的盲目性，继而使动车组对目标运行曲线达到精确跟踪，从而提升了动车组的正点率、安全系数、有效运行里程。正是由于本发明方法的简单实用性，可应用到高速列车自动驾驶控制中去从而实现自动驾驶。

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，具体为一种动车组运行过程 T-S模糊建模和模糊追踪控制方法。

背景技术

随着社会的快速发展，运输量不断增加，为加强现代综合运输体系的建设，根据《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》，我国需大力发展高速铁路，基本建成国家快速铁路网。高速列车是高速铁路技术体系的核心，是国家相关高技术发展水平、相关制造能力、自主创新能力以及国家核心竞争力的综合体现，对于具有高速度、高密度运营特性的高速铁路来说，高速列车运行安全是重中之重，然而高速列车作为一个由复杂技术装备组成、在复杂环境中运行、完成具有复杂时空分布特征的位移服务的非线性动力学系统，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，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动态行为；多模型方法可部分解决动车组运行过程建模问题，但在高速列车高速运行时如何在线平稳切换模型仍缺乏有效策略。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,伦敦第一条盈利性投入运营的线路——维多利亚线就是运用了该算法，但是PID控制算法无自适应性能力，不能适应复杂控制过程。(2)智能控制算法。有人提出采用模糊控制方法实现列车自动停车，取得了比PID更好的控制效果；(3)集成智能控制算法。有文献采用模糊神经网络控制实现列车运行过程跟踪，解决模糊控制规则数量多、相互冲突等问题；上述控制方法主要应用在城市轨道交通等普通速度列车，目前还没有应用在高速铁路上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动车组运行过程T-S模糊建模和模糊追踪控制方法，所述方法根据采集的高速列车运行过程数据，利用数据驱动建模方法，建立动车组运行过程T-S 模糊模型，采用FCM聚类确定模糊模型规则数和前件参数，并采用最小二乘法确定模糊模型后件参数；提出基于T-S模型的动车组运行速度跟踪控制方法，实现列车安全、高效、正点运行。

优选的，所述建立动车组运行过程T-S模型方法为：以动车组运行过程受力情况的数学方程描述为基础，确定子模型的线性结构，据此设计动车组运行过程T-S模型框架为：

Rⁱ:if x₁(t)is M_i

y(t)＝C_ix₁(t)+υ(t)for i＝1,2......L

所以此非线性系统可以当作一个单输入单输出系统，M_i是由速度值构成的一个模糊集合，并且这个模糊集合由高斯型隶属函数表示，x₁(t)∈R^1×1即状态变量在动车组这个非线性系统中即为速度v(t)，u(t)∈R^1×1即为动车组控制力，ψ(t)∈R^1×1即为作用于列车的随机噪声，υ(t)∈R^1×1为可测量干扰，A_i∈R^1×1，B_i∈R^1×1，C_i∈R^1×1，利用单点模糊化，乘积推理，中心加权反模糊化的方法可以得到全局模糊系统模型：