[发明专利]一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法

权利要求书

1.一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：考虑高速列车车载传感器感知量测情况，结合图论知识建立多列车协同运行车间输出耦合关系图，以列车实际运行动力学模型为基础，构建多列车协同运行连续时间状态空间模型；

步骤2：对多列车协同运行连续时间状态空间模型进行可观性分析；

步骤3：结合车间通信网络拓扑关系，将多列车协同运行车间输出耦合关系图进行有向无环化处理，得到有向无环多列车协同运行车间输出耦合关系图；

步骤4：结合可观性分析结果，每趟列车根据有向无环多列车协同运行车间输出耦合关系图中指定的局部量测信息，构建类隆伯格观测器，得到对本趟列车的行驶状态估计值；

步骤5：结合可观性分析结果，根据车间通信网络拓扑关系，每趟列车利用与通信网络中邻居列车的局部通信信息，构建基于领导-跟随一致性协调方法的一致性观测器，得到对其他协同运行列车的行驶状态估计值；类隆伯格观测器和一致性观测器共同构成了多列车协同运行行驶状态分布式观测器。

2.如权利要求1所述的一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法，其特征在于，所述步骤1中，高速列车车载传感器感知量测情况指的是协同运行的每趟列车都可以获得与其他协同运行列车间的相对量测信息包括相对位置和相对速度，并且，部分列车可以获得本趟列车的绝对量测信息包括绝对位置和绝对速度。

3.如权利要求1所述的一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法，其特征在于，所述步骤1中，列车i的实际运行动力学模型如下：

其中，和分别表示列车i的位置、速度和控制输入；对应的列车i的状态空间模型表示如下：

其中，表示列车i的状态，

4.如权利要求3所述的一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法，其特征在于，所述步骤1中，列车i的车载传感器感知量测信息表示如下：

其中，和分别表示列车i的车载传感器量测信息、量测矩阵和与列车j之间的输出耦合矩阵，q_i为列车i能够观测到的量测信息维度；图表示由m趟列车组成的多列车协同运行系统的车间输出耦合关系图，表示列车i在车间输出耦合关系图中的邻居列车的集合，点集v＝{1,…,m}中的每个点代表每趟列车，边集中的每条边代表不同列车间存在的输出耦合关系。

5.如权利要求4所述的一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法，其特征在于，所述步骤1中，结合高速列车车载传感器感知量测情况，以列车实际运行动力学模型为基础，构建多列车协同运行连续时间状态空间模型，形式如下：

y＝Cs

其中，m为协同运行的列车总数，为单位矩阵，为克罗内克积；y_i为列车i的车载传感器量测信息，

6.如权利要求5所述的一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法，其特征在于，所述步骤2中，对多列车协同运行连续时间状态空间模型进行可观性分析，结果如下：(A,C)对应的多列车协同运行系统是可观的，当且仅当多列车协同运行系统中的每趟列车至少能获得一个量测信息并且至少有一趟列车拥有绝对量测信息；该可观性分析结果利用图论知识进行等价描述，即(A,C)对应的多列车协同运行系统是可观的，当且仅当图是无向连通图，其中，是有向图去掉方向后的无向图，是基于多列车协同运行车间输出耦合关系图定义的一张新图，具体地，O表示坐标原点，边集ε_a中的每条边表示拥有绝对量测信息的列车与原点O间的输出耦合关系，(O,i)∈ε_a表示列车i拥有绝对量测信息；(A,C)对应的多列车协同运行系统是可观的，说明多列车协同运行情况下利用协同运行的所有列车的传感器量测信息能够估计出协同运行的所有列车的行驶状态。