基于多質(zhì)點(diǎn)模型的高速列車自動(dòng)駕駛預(yù)測(cè)控制.pdf

1、近十年來(lái)，隨著高速鐵路和城市軌道交通的飛速發(fā)展，我國(guó)己成為高速路網(wǎng)規(guī)模最大的國(guó)家。在保證列車安全運(yùn)行的前提下，提高鐵路系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率和性能成為了關(guān)注的重點(diǎn)。因此，列車自動(dòng)駕駛控制己成為軌道交通領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容之一。
　　針對(duì)列車動(dòng)力學(xué)模型中存在運(yùn)行阻力非線性、線路條件和外界環(huán)境造成的不確定擾動(dòng)以及模型參數(shù)不確定等特性，本文首先建立了相應(yīng)的列車多質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型;然后，考慮執(zhí)行器飽和特性及列車特有的安全限速和車間最大耦合力等列車運(yùn)行

2、約束，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的列車駕駛預(yù)測(cè)控制器。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮多種列車執(zhí)行器故障情形，設(shè)計(jì)了列車主動(dòng)容錯(cuò)預(yù)測(cè)控制器。本文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新成果如下:
　　第一，通過(guò)分段線性化列車運(yùn)行阻力，并引入列車運(yùn)行狀態(tài)整數(shù)變量，建立了混雜系統(tǒng)列車多質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型。然后，構(gòu)造關(guān)于列車運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)率、能耗和乘客乘坐舒適度的性能指標(biāo)函數(shù)，通過(guò)求解滿足以上模型、性能指標(biāo)函數(shù)和列車運(yùn)行約束的優(yōu)化問(wèn)題，設(shè)計(jì)了列車駕駛預(yù)測(cè)控制器。在此基礎(chǔ)上，為了降低控制算法的

3、計(jì)算復(fù)雜度，又設(shè)計(jì)了基于“輸入分塊化技術(shù)”的改進(jìn)控制器和顯式模型預(yù)測(cè)控制器。
　　第二，分析了列車模型中存在的不確定性，建立了具有有界擾動(dòng)的列車多質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型。然后，針對(duì)擾動(dòng)可能觸發(fā)列車超速防護(hù)的問(wèn)題，通過(guò)約束收緊迭代算法將模型中的擾動(dòng)轉(zhuǎn)移到約束條件中，增加偽參考信號(hào)作為優(yōu)化問(wèn)題的優(yōu)化變量，調(diào)整性能指標(biāo)函數(shù)和終端約束條件，并使用列車標(biāo)稱模型，設(shè)計(jì)了列車駕駛魯棒預(yù)測(cè)控制器。最后，給出了算法可行和閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的理論證明。
　　

4、第三，針對(duì)列車模型參數(shù)存在的未知及時(shí)變特性，建立了具有未知參數(shù)和有界擾動(dòng)的列車多質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型。為提高預(yù)測(cè)模型的精度，設(shè)計(jì)了一種確保估計(jì)誤差邊界在預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)單調(diào)遞減的參數(shù)估計(jì)律;在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于魯棒控制李雅普諾夫函數(shù)的比較模型，并通過(guò)轉(zhuǎn)換得到列車標(biāo)稱模型及其約束條件，設(shè)計(jì)了列車駕駛自適應(yīng)魯棒預(yù)測(cè)控制器，有效的抑制了模型參數(shù)不確定和外界擾動(dòng)的影響。最后，給出了算法可行和閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的理論證明。
　　第四，進(jìn)一步考慮多種列車執(zhí)行