【技术实现步骤摘要】
本申请涉及列车运行优化领域，特别是涉及一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法及系统。
技术介绍
1、构建多智能体系统是提升运输资源效率、增强列车运行效能的有效策略，这一领域已经吸引了广泛关注和重视。在繁忙复杂的铁路网络中，当两列或更多火车需要紧密接近时，它们之间可能会产生相互干扰。
2、目前，国内外众多研究者已在多个高速列车系统的控制领域取得了一系列成果，并提出了诸多具有实际应用价值的算法。尽管如此，现有的研究主要集中在构建理想状态下的系统模型，而未能充分考虑列车在真实运行环境中可能遭遇的干扰问题。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法及系统，可减小高速列车运行过程中因非匹配干扰而导致的跟踪误差。
2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
3、第一方面，本申请提供了一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，包括：
4、获取高速列车群组中各列车在运行过程中受到的基本运行阻力和外部扰动；所述外部扰动包括匹配干扰和非匹配干扰。
5、根据所述基本运行阻力，构建各所述列车的动力学模型和高速列车群组编队的通信拓扑。
6、当设定所述列车不存在外部扰动时，基于所述动力学模型和所述通信拓扑，构建第一分布式控制协议。
7、基于所述第一分布式控制协议，在添加匹配干扰和非匹配干扰的状况下，构建第二分布式控制协议。
8、根据所述第二分布式控制协议，基于约束条
9、可选的，所述列车的动力学模型为：
10、
11、其中，xi(t)和vi(t)分别表示第i个智能体在t时刻的位置和速度，智能体包括领导者和跟随者，表示第i个智能体在t时刻的位置的一阶导数，表示第i个智能体在t时刻的速度的一阶导数，ui(t)表示第i个智能体在t时刻的控制输入，i＝{1,2,···,n,n+1,···,n+m}，n表示跟随者的数量，m表示领导者的数量，跟随者集合和领导者集合分别表示为：f＝{1,2,···,n}，l＝{n+1,···,n+m}；当控制输入不恒为0时，表示列车做变速运动。
12、可选的，所述高速列车群组编队的通信拓扑为：
13、gn+m＝(vn+m,en+m,an+m)。
14、其中，gn+m表示通信拓扑中节点的权重连接矩阵，v＝{v1,v2,…,vn,vn+1,…vn+m}表示所有节点的集合，表示通信拓扑中边的集合，an+m是gn+m的邻接矩阵，下标m+n表示跟随者数量和领导者数量的加和。
15、可选的，当设定所述列车不存在外部扰动时，基于所述动力学模型和所述通信拓扑，构建第一分布式控制协议，具体包括：
16、设定所述列车不存在外部扰动。
17、根据公式确定不存在外部扰动时跟随者的跟踪误差；表示第i个跟随者的位置跟踪误差，表示第i个跟随者的速度跟踪误差，xi表示第i个跟随者的位置，xj表示第j个跟随者的位置，vi表示第i个跟随者的速度，vj表示第j个跟随者的速度，aij为表示节点i和j之间的连接权值。
18、基于所述跟踪误差，构建所述第一分布式控制协议。
19、可选的，所述第一分布式控制协议的公式表达式为：
20、
21、其中，ui表示第i个跟随者的控制输入，k1、k2为控制增益，k1>0、k2＞0，α1、α2为正常数，0＜α1＜1，α2＝2α1/(α1+1)。
22、可选的，基于所述第一分布式控制协议，在添加匹配干扰和非匹配干扰的状况下，构建第二分布式控制协议，具体包括：
23、在所述列车的动力学模型中添加匹配干扰和非匹配干扰，得到跟随者动力学模型和领导者动力学模型其中，di1(t)和di2(t)分别表示t时刻匹配干扰和非匹配干扰；i∈f＝{1,2,···,n}，n代表跟随者的数量；x0(t)和v0(t)分别表示t时刻领导者的位置和速度，u0(t)表示t时刻领导者的控制输入；和分别为x0(t)和v0(t)的一阶导数。
24、在不存在外部扰动时跟随者的跟踪误差中加入微分环节，得到更新后的跟踪误差其中，和分别表示第i个跟随者t时刻的更新后的位置跟踪误差和更新后的速度跟踪误差；和表示列车在作匀速运动时的位置跟踪误差和速度跟踪误差；ku和kd是微分环节增益；表示跟随者t时刻位置的一阶导数，表示跟随者t时刻速度的一阶导数。
25、根据跟随者动力学模型和领导者动力学模型，基于更新后的跟踪误差，对列车运行轨迹进行跟踪，并确定第二分布式控制协议。
26、可选的，所述第二分布式控制协议的公式表达式为：
27、
28、式中，ui表示第i个跟随者的控制输入，k1、k2为控制增益，k1>0、k2＞0，α1、α2为正常数，0＜α1＜1，α2＝2α1/(α1+1)。
29、可选的，所述具有前馈补偿项的复合分布式积分滑模控制协议的公式表达式为：
30、
31、式中，k0＞0、k1＞0、k2＞0，表示干扰观测器对系统速度的估计值，表示干扰观测器对系统所受干扰的估计值，i∈f，sj为系统的积分滑模面，dτ表示对时间进行求导。
32、第二方面，本申请提供了一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制系统，包括：
33、信息获取模块，用于获取高速列车群组中各列车在运行过程中受到的基本运行阻力和外部扰动；所述外部扰动包括匹配干扰和非匹配干扰。
34、模型构建模块，用于根据所述基本运行阻力，构建各所述列车的动力学模型和高速列车群组编队的通信拓扑。
35、第一控制协议构建模块，用于当设定所述列车不存在外部扰动时，基于所述动力学模型和所述通信拓扑，构建第一分布式控制协议。
36、第二控制协议构建模块，用于基于所述第一分布式控制协议，在添加匹配干扰和非匹配干扰的状况下，构建第二分布式控制协议。
37、协同控制模块，用于根据所述第二分布式控制协议，基于约束条件和干扰补偿，构建具有前馈补偿项的复合分布式积分滑模控制协议，完成高速列车群组链式协同控制；所述约束条件为针对列车运行速度函数的饱和约束算子；所述干扰补偿为通过干扰观测器观测所述列车所受干扰并主动进行干扰得到的干扰补偿。
38、可选的，所述第一控制协议构建模块中第一分布式控制协议的公式表达式为：
39、
40、其中，ui表示第i个跟随者的控制输入，k1、k2为控制增益，k1>0、k2＞0，α1、α2为正常数，0＜α1＜1，α2＝2α1/(α1+1)，表示第i个跟随者的位置跟踪误差，表示第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，所述列车的动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，所述高速列车群组编队的通信拓扑为：
4.根据权利要求3所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，当设定所述列车不存在外部扰动时，基于所述动力学模型和所述通信拓扑，构建第一分布式控制协议，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，所述第一分布式控制协议的公式表达式为：
6.根据权利要求5所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，基于所述第一分布式控制协议，在添加匹配干扰和非匹配干扰的状况下，构建第二分布式控制协议，具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，所述第二分布式控制协议的公式表达式为：
8.
9.一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制系统，其特征在于，所述第一控制协议构建模块中第一分布式控制协议的公式表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，所述列车的动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，所述高速列车群组编队的通信拓扑为：
4.根据权利要求3所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，当设定所述列车不存在外部扰动时，基于所述动力学模型和所述通信拓扑，构建第一分布式控制协议，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种非匹配扰动下高速列车群组链式协同控制方法，其特征在于，所述第一分布式控制协议的公式表达式为：
6.根据权利要求5所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张坤鹏，李梦凡，杨辉，安春兰，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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