[发明专利]一种基于离散采样数据的高速列车事件触发控制方法

说明书

本发明提供一种基于离散采样数据的高速列车事件触发控制方法，包括如下步骤：进行列车纵向受力分析，建立高速列车单质点模型；建立列车误差动态方程；涉及低增益抗饱和控制器；设计事件触发条件。本发明提供的方法：第一，在列车状态信息具有离散特性的情况下，通过设计事件触发控制方法，与现有技术相比，仅在列车状态误差满足设定的触发条件时，才更新列车的控制信号，能够降低通信和计算负担，减少控制器的切换次数从而延长伺服电机的使用寿命，并且提高了列车运行的平稳性以及降低能耗；第二，针对列车牵引/制动力的有界性，设计了抗饱和的切换低增益控制器，通过调整参数来保证系统快速收敛，进一步优化系统性能，具有很强的现实意义。

技术领域

本发明涉及高速列车控制技术领域，尤其涉及一种基于离散采样数据的高速列车事件触发控制方法。

背景技术

列车控制系统(ATC)是由列车自动防护子系统(ATP)、列车自动监督子系统(ATS)和列车自动驾驶子系统(ATO)所组成的，能实现对列车运行的方向、追踪距离和运行速度的自动实时调整。在列车运行控制过程中，列车控制涉及到运行状态、线路条件以及移动授权等采集、处理和传输的信息都是周期离散采样的，若设计列车控制器时没有考虑到信息的离散采样特性，会使列车在进行曲线追踪过程中产生不必要的震荡，降低控制器性能，使列车闭环控制系统不稳定，从而降低乘客乘坐的舒适性、列车运行的节能性。而列车在运行时，如果执行器输出的牵引/制动力以采样频率，也就是按照时间触发的方式进行高频率快速地更新，会增加通信网络的负载以及消耗大量计算资源。同时，列车频繁改变牵引/制动力也会降低伺服电机的寿命。

事件触发控制不同于传统的时间触发控制方法，系统的控制信号更新时刻取决于所设计的事件触发器，只有当事件触发条件满足时才更新控制器，能在保证控制性能不降低的前提下减少控制器更新次数、降低通信传输频率。因此在ATO系统中，根据列车的状态采样信息，引入事件触发的控制方式，设计事件触发器，以此确定控制信号的更新时刻，能够降低控制器切换次数、降低通信资源以及车载设备计算资源的利用，并使列车平稳安全运行。

此外，在现有技术中大多不考虑列车运行过程中牵引/制动力的有界性，然而在实际中列车伺服电机的输出是有界的，若忽略了执行器的饱和现象，会降控制系统的性能，甚至造成系统不稳定。因此，在列车运行控制系统设计过程中需要考虑这些特性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于离散采样数据的高速列车事件触发控制方法，用于降低列车牵引/制动力切换次数、减轻通信网络传输负担，以解决状态信息的离散采样特性和执行器饱和对列车的影响。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于离散采样数据的高速列车事件触发控制方法，包括：

S1进行列车运行时纵向受力分析，建立高速列车单质点模型；

S2周期采集列车时速和位置，获得列车状态信息，并结合高速列车单质点模型，建立高速列车的误差动态方程；

S3基于误差动态方程，构建低增益抗饱和控制器；

S4通过低增益抗饱和控制器，对列车进行控制。

优选地，进行列车运行时纵向受力分析，建立高速列车单质点模型包括：

列车运行时受力包括车钩力、牵引力、空气阻力和滚动阻力；

S11令某列列车为一组串联的刚性质点，以列车运行方向的第一辆车体作为车头，向车尾依次排序，建立列车纵向动力学模型：