【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及列车虚拟重联运行优化控制，具体涉及一种基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法及系统。
技术介绍
1、高速铁路的快速发展提升了人们的生产效率，其运量大、快捷舒适、低碳节能、准点的优点使得公众对于高铁出行的需求不断提升。尽管高铁线路里程不断增加，但是在出行高峰期仍然无法满足公众的出行需求。为了解决当前高铁运输需求的增长无法得到满足的问题，研究高速铁路以高速度、高频次地运行成了焦点，以求进一步提高既有线路的运输效率。
2、列车运行控制系统控制列车以安全间隔保持运行。目前中国列车运行控制系统分为ctcs-0到ctcs-3四个等级，ctcs-3为适用速度等级最高、发车频次最高的线路。而ctcs-3级列车运行控制系统采用固定闭塞的方式控制列车间隔运行，为了防止列车相撞，列车会占用较长的固定闭塞分区长度的轨道区段，其他列车严禁闯入该区段。在这种固定闭塞的方式下，列车为了保障运行安全，追踪的时空间隔大、轨道资源的利用率低，不利于高速度、高频次的运营需求。列车虚拟重联技术采用基于相对制动距离的方式控制列车以编队形式运行，能够有效减少列车之间的追踪运行间隔，实现高速列车高效率运营和运能动态配置的灵活运输功能。
3、目前国内外对虚拟重联技术中列车间隔控制进行了相当多的研究，除了传统低成本的pid等控制方法外，许多专家学者还将现代智能控制算法运用于虚拟重联运行模式下的列车运行间隔控制，如模型预测控制、滑膜控制、基于深度学习、强化学习等控制方法。而线性二次型调节器(lqr)作为一种基于状态反馈的优化控
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法及系统，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，包括：
4、分析列车运行受到的基本阻力与坡度、曲线附加阻力，采用单位质量受力分析的模式建立纵向列车动力学模型；
5、考虑列车定位测速误差、通信时延等因素建立列车运行的安全包络前端与后端模型，在此基础上，建立虚拟重联运行模式下的动态安全间隔，进一步得到控制列车运行的动态目标间隔；
6、设置列车编队中相邻两列车之间的位置、速度偏差为控制器系统变量，采用泰勒展开保留一阶项的方法对所建立的纵向列车动力学模型进行线性化，并得到带有干扰项的控制器系统方程，为了让系统跟随控制目标，设定控制器的代价函数为最小化无限时域二次型偏差的积分；
7、为了保证系统的渐进稳定性，采用闭环反馈与干扰补偿的方式，将控制量表述为状态反馈与干扰项补偿的形式，进一步求解优化控制量，引入辅助常量矩阵将优化问题转化为求解代数黎卡提方程问题，通过数值计算的方式求解得到辅助常量矩阵，以此得到系统的状态反馈系数矩阵，最后求解得到优化的控制量。
8、在列车虚拟重联运行的每个控制周期内，追踪列车通过无线通信的方式获取前行列车的位置速度等信息，以此作为状态偏差输入，执行上述优化求解过程得到优化控制量便可以实现列车的虚拟重联运行安全追踪运行。
9、进一步地，建立考虑列车运行受到的基本阻力与坡度、曲线附加阻力的纵向列车动力学模型，具体包括：
10、列车在运行过程中沿着轨道的纵向上主要受列车主动输出的牵引/制动力、基本阻力与附加阻力，为了排除不同列车质量不同的影响，对列车单位质量进行受力运动分析，得到编号为i的列车动力学模型如式(1)所示：
11、
12、其中运行的基本阻力rb,i和ra,i满足式(2)和(3)，si,vi,ui表示列车运行的位置、速度单位质量控制量，即列车运行状态。
13、
14、ra,i＝g[θ(si)+ζ·r-1(si)] (3)
15、进一步地，采用基于安全包络的列车虚拟重联运行安全动态间隔模型，具体为：
16、考虑到列车实际运行过程中测速定位存在误差、车与车之间的相互通信存在时延等客观条件，建立列车在运行过程中的位置不确定性安全包络，包括安全前端与安全后端：
17、
18、为了满足虚拟重联运行的高速度、高密度运行，列车之间的间隔应该尽可能的小，并且还需要满足运行的安全要求，列车之间的动态目标间隔应当设置为：
19、
20、以此得到相邻列车之间综合位置偏差为：
21、
22、进一步地，进行线性化后得到加入外界干扰项的控制器系统方程，将控制器的代价函数设置为最小化二次型偏差的形式，具体为：
23、列车i的控制器系统状态变量：
24、xi(t)＝[si-1(t)-si(t)-δdi,i-1 vi(t)-vi-1(t)]t (8)
25、线性化权利要求2的列车动力学模型后得到系统的状态方程：
26、
27、控制器转化为求解如下优化模型：
28、
29、进一步地，通过求解代数黎卡提方程得到辅助矩阵，带入反馈控制模型求得优化后的控制量，具体为：
30、设包含干扰补偿的状态反馈控制模型为：
31、ui＝-kxi-zw (11)
32、为了求解权利要求4中的式(10)优化模型，引入辅助矩阵令辅助矩阵和状态反馈系数矩阵满足下式：
33、
34、
35、采用数值计算的方式求解代数黎卡提方程得到辅助矩阵
36、
37、为此方程的解，则求解的优化控制量为：
38、
39、以此作为控制器的输出，控制虚拟重联列车安全运行。
40、第二方面，本专利技术提供一种基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制系统，包括：
41、第一建立模块，用于分析列车运行受到的基本阻力与坡度、曲线附加阻力，采用单位质量受力分析的模式建立纵向列车动力学模型；
42、第二建立模块，用于考虑列车定位测速误差、通信时延，建立列车运行的安全包络前端与后端模型，建立虚拟重联运行模式下的动态安全间隔，得到控制列车运行的动态目标间隔；
43、线性化模块，用于设置列车编队中相邻两列车之间的位置、速度偏差为控制器系统变量，对所建立的纵向列车动力学模型进行线性化，并得到带有干扰项的控制器系统方程，设定控制器的代价函数为最小化无限时域二次型偏差的积分；
44、求解模块，用于用闭环反馈与干扰补偿的方式，将控制量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，在列车虚拟重联运行的每个控制周期内，追踪列车通过无线通信的方式获取前行列车的位置速度等信息，以此作为状态偏差输入，执行上述优化求解过程得到优化控制量便可以实现列车的虚拟重联运行安全追踪运行。
3.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，建立考虑列车运行受到的基本阻力与坡度、曲线附加阻力的纵向列车动力学模型，具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，采用基于安全包络的列车虚拟重联运行安全动态间隔模型，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，进行线性化后得到加入外界干扰项的控制器系统方程，将控制器的代价函数设置为最小化二次型偏差的形式，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线
7.一种基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制系统，其特征在于，包括：
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如权利要求1-6任一项所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-6任一项所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，在列车虚拟重联运行的每个控制周期内，追踪列车通过无线通信的方式获取前行列车的位置速度等信息，以此作为状态偏差输入，执行上述优化求解过程得到优化控制量便可以实现列车的虚拟重联运行安全追踪运行。
3.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，建立考虑列车运行受到的基本阻力与坡度、曲线附加阻力的纵向列车动力学模型，具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，采用基于安全包络的列车虚拟重联运行安全动态间隔模型，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法，其特征在于，进行线性化后得到加入外界干扰项的控制器系统方程，将控制器的代价函数设置为最小化二次型偏差的形式，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于干扰补偿线性二次型调节器...
【专利技术属性】
技术研发人员：上官伟，龚飞杰，柴琳果，陈俊杰，敦旖晨，宋鸿宇，祝玥宁，王伟杰，吉明阳，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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