城軌列車自動駕駛算法的設計與實現(xiàn).pdf

1、近年來，城市軌道交通列車的發(fā)展對于改善城市污染，減少交通堵塞等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。自動駕駛系統(tǒng)ATO在城軌列車方面的應用能有效地保證列車運行的安全性和舒適性，在自動調(diào)整列車運行速度、車站精確準點停車和降低能耗等方面具有比人工駕駛更突顯的優(yōu)勢。列車運行速度曲線作為城軌列車ATO系統(tǒng)實現(xiàn)自動駕駛的重要依據(jù)，因此對于運行速度曲線的節(jié)能優(yōu)化將進一步提升列車的運行效率，減少列車運行能耗。在ATO系統(tǒng)中，對優(yōu)化的列車運行速度曲線進行在線的跟

2、蹤與控制，是實現(xiàn)列車自動駕駛技術(shù)的關(guān)鍵所在。本文在此背景下進行了如下工作:
　　首先，對于城軌列車的受力情況和動力學模型進行了研究，同時針對列車的動態(tài)運行進行了分析，在不同的工況下討論了列車所受到的合力和相應的運行特點，總結(jié)了列車在區(qū)間運行過程中主要的能耗構(gòu)成，并且歸納了幾項減少列車運行能耗的措施。
　　其次，對于列車運行速度曲線的節(jié)能優(yōu)化進行了分析與研究。當列車以區(qū)間最大能力運行時，可得到列車區(qū)間運行的最短時間，進而可得到

3、用于節(jié)能優(yōu)化處理的富余時間。在此基礎上，介紹了基于惰行和改變恒速巡航速度的兩種優(yōu)化算法。通過采用實際的列車參數(shù)和線路數(shù)據(jù)，在滿足同一正點運行時間的約束下，驗證與比較兩種優(yōu)化算法的可行性與節(jié)能效果。
　　然后，對于模糊控制理論進行了簡要的介紹，在總結(jié)了城軌列車的人工駕駛策略的基礎上，采用模糊預測控制算法，對列車自動駕駛的六個優(yōu)化控制目標:準點性、安全性、節(jié)能性、乘坐舒適性、停車精確性、速度跟隨性，分別建立了對應的模糊隸屬度函數(shù)，定量

4、的描述這些優(yōu)化控制目標，同時結(jié)合人工駕駛策略，制定了城軌列車自動駕駛的模糊預測控制規(guī)則。在滿足準點、精確停車等控制目標的情況下，通過Matlab仿真實現(xiàn)了該控制算法對節(jié)能優(yōu)化目標曲線的有效跟蹤，驗證了此多目標模糊預測控制算法的正確性和可行性。
　　最后，基于Vxworks嵌入式實時操作系統(tǒng)，具體分析了硬件開發(fā)平臺以及上位機的功能與設計，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)執(zhí)行過程兩方面討論算法的移植。然后將優(yōu)化算法和跟蹤控制算法成功地移植到以Vxwo