多列車協(xié)同運(yùn)行的若干控制問題研究.pdf

1、城市軌道交通系統(tǒng)由于其節(jié)能性和便捷性等特點(diǎn)成為大城市有機(jī)整體的重要組成部分，先進(jìn)的控制算法是保證其安全、高效、節(jié)能運(yùn)行的重要手段，也是提升其自動(dòng)化水平的核心保障。列車自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)駕駛列車從有人到無(wú)人的轉(zhuǎn)變，也對(duì)核心駕駛控制算法提出較大的自學(xué)習(xí)能力的要求;同時(shí)，移動(dòng)閉塞和現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展及其在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得列車之間能夠進(jìn)行信息傳遞與交換，為實(shí)現(xiàn)多列車協(xié)同控制提供了基本實(shí)現(xiàn)條件，多列車協(xié)同控制是提升整體的列車

2、運(yùn)行效率和全局的系統(tǒng)安全性的最佳選擇。本文圍繞上述自動(dòng)駕駛和多車協(xié)同控制問題展開研究，首先，研究具有自學(xué)習(xí)和抗干擾特性的單列車自動(dòng)駕駛控制算法，設(shè)計(jì)列車運(yùn)行阻力的自辨識(shí)方法，提出具有自學(xué)習(xí)能力的魯棒自適應(yīng)控制方法，然后，考慮移動(dòng)閉塞運(yùn)行模式的多列車耦合非線性動(dòng)力學(xué)行為，提出多列車線性加權(quán)協(xié)同控制模型，設(shè)計(jì)多列車分布式協(xié)同控制算法，實(shí)時(shí)調(diào)整多列車相對(duì)位置與速度，保證多列車高效安全運(yùn)行，由局部控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全局最優(yōu)。
　　本文主要工作

3、總結(jié)如下:
　　1.綜合考慮列車運(yùn)行的準(zhǔn)時(shí)性、舒適性、節(jié)能性和精確停車等多指標(biāo)要求，分析列車運(yùn)行全過程受力情況，基于運(yùn)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，建立列車運(yùn)動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)模型，模型中無(wú)需歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)擬合而來的經(jīng)驗(yàn)值，提出具有自學(xué)習(xí)能力的控制算法，根據(jù)列車實(shí)際運(yùn)行速度和目標(biāo)速度的偏差，自適應(yīng)估計(jì)不確定環(huán)境和列車參數(shù)的變化，給出實(shí)時(shí)控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)給定目標(biāo)速度-距離曲線的跟蹤控制，基于自適應(yīng)辨識(shí)理論設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制方法，并考慮運(yùn)行阻力隨運(yùn)行環(huán)境變化和

4、存在建模不確定性和外部擾動(dòng)影響的魯棒自適應(yīng)控制設(shè)計(jì);進(jìn)一步，為了降低對(duì)車載計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的要求，避免反步設(shè)計(jì)過程中存在的復(fù)雜度爆炸問題，提出基于新型基于單參數(shù)估計(jì)和動(dòng)態(tài)面技術(shù)的魯棒單參數(shù)自適應(yīng)控制方法，算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算復(fù)雜度低，保證算法的工程實(shí)用性。
　　2.基于力學(xué)機(jī)理的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)變化的運(yùn)行環(huán)境沒有自學(xué)習(xí)能力，設(shè)計(jì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)動(dòng)過程不確定性的重構(gòu)方法，彌補(bǔ)牛頓力學(xué)模型的缺陷;同時(shí)考慮乘車舒適性和列車牽引/制動(dòng)系統(tǒng)的輸

5、出能力受限造成的輸入飽和問題，提出截?cái)嘧赃m應(yīng)自動(dòng)駕駛制方法，保證輸入飽和發(fā)生時(shí)系統(tǒng)性能不會(huì)過于惡化，保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性;車速采集與反饋、定位信息采集與反饋，以及車載軟件數(shù)據(jù)預(yù)處理過程，造成傳輸?shù)杰囕d控制單元的數(shù)據(jù)存在時(shí)滯，解決存在狀態(tài)延時(shí)造成的無(wú)窮維狀態(tài)描述難題，提出基于Lyapunov-Krasovskii函數(shù)的時(shí)滯依賴控制方法，所設(shè)計(jì)方法無(wú)需時(shí)滯的精確值，給出存在狀態(tài)時(shí)滯穩(wěn)定的充分條件;最后，提出一類含輸入飽和和外部擾動(dòng)的不確定SI

6、SO非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)神經(jīng)動(dòng)態(tài)面控制方法，給出系統(tǒng)穩(wěn)定條件和控制參數(shù)的選取方法。
　　3.分析現(xiàn)用移動(dòng)閉塞模式的運(yùn)行原理，提出多列車線性加權(quán)協(xié)同控制模型，設(shè)計(jì)基于全信息反饋情形下的分布協(xié)同控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)每列車的速度與相對(duì)位置，保證列車穩(wěn)定行駛前車后最小安全位置處，并確保列車不冒進(jìn)至防護(hù)距離，防止觸發(fā)用制動(dòng)甚至緊急制動(dòng)，并保證多列車隊(duì)列穩(wěn)定性;進(jìn)一步，利用高階滑模觀測(cè)器Levant Differentiator，提出位置反饋情形下的

7、協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)從含噪聲的位置信息中估計(jì)列車實(shí)時(shí)速度值與加速度值，并利用速度和加速度觀測(cè)值設(shè)計(jì)分布協(xié)同控制律，保證不確定運(yùn)行環(huán)境下的有限時(shí)間收斂，實(shí)現(xiàn)多列車的穩(wěn)定安全運(yùn)行。
　　4.提出多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的協(xié)同控制模型，改進(jìn)現(xiàn)用移動(dòng)閉塞模式單向傳輸信息的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)具有雙向傳輸結(jié)構(gòu)的鄰接-通訊模式，并深入分析該模式下多列車耦合的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為，同時(shí)，考慮降低車載計(jì)算機(jī)的計(jì)算和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，提出單值學(xué)習(xí)協(xié)同魯棒自適應(yīng)控制算法，所設(shè)計(jì)控制算法的特

8、點(diǎn)在于控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含有一個(gè)在線估計(jì)的參數(shù)，保證了算法的簡(jiǎn)潔性和實(shí)用性，并對(duì)建模誤差和外部擾動(dòng)具有強(qiáng)魯棒性，并保證有限時(shí)間收斂;最后，提出一類含有強(qiáng)耦合、輸入飽和約束、不確定動(dòng)力學(xué)和外部擾動(dòng)的耦合MIMO非線性系統(tǒng)的神經(jīng)自適應(yīng)控制方法，基于連續(xù)函數(shù)分離和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近技術(shù)，提出新型單值學(xué)習(xí)的神經(jīng)自適應(yīng)控制律，與經(jīng)典Minimal-Learning-Parameter算法具有兩個(gè)估計(jì)參數(shù)相比，所設(shè)計(jì)控制律中只含一個(gè)估計(jì)參數(shù)，避免基于