基于多質(zhì)點模型的高速列車自動駕駛預(yù)測控制.pdf

1、近十年來，隨著高速鐵路和城市軌道交通的飛速發(fā)展，我國己成為高速路網(wǎng)規(guī)模最大的國家。在保證列車安全運行的前提下，提高鐵路系統(tǒng)的運營效率和性能成為了關(guān)注的重點。因此，列車自動駕駛控制己成為軌道交通領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容之一。
　　針對列車動力學(xué)模型中存在運行阻力非線性、線路條件和外界環(huán)境造成的不確定擾動以及模型參數(shù)不確定等特性，本文首先建立了相應(yīng)的列車多質(zhì)點動力學(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行

2、約束，設(shè)計了相應(yīng)的列車駕駛預(yù)測控制器。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)計了列車主動容錯預(yù)測控制器。本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新成果如下:
　　第一，通過分段線性化列車運行阻力，并引入列車運行狀態(tài)整數(shù)變量，建立了混雜系統(tǒng)列車多質(zhì)點動力學(xué)模型。然后，構(gòu)造關(guān)于列車運行準(zhǔn)點率、能耗和乘客乘坐舒適度的性能指標(biāo)函數(shù)，通過求解滿足以上模型、性能指標(biāo)函數(shù)和列車運行約束的優(yōu)化問題，設(shè)計了列車駕駛預(yù)測控制器。在此基礎(chǔ)上，為了降低控制算法的

3、計算復(fù)雜度，又設(shè)計了基于“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的列車多質(zhì)點動力學(xué)模型。然后，針對擾動可能觸發(fā)列車超速防護(hù)的問題，通過約束收緊迭代算法將模型中的擾動轉(zhuǎn)移到約束條件中，增加偽參考信號作為優(yōu)化問題的優(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)計了列車駕駛魯棒預(yù)測控制器。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，針對列車模型參數(shù)存在的未知及時變特性，建立了具有未知參數(shù)和有界擾動的列車多質(zhì)點動力學(xué)模型。為提高預(yù)測模型的精度，設(shè)計了一種確保估計誤差邊界在預(yù)測時域內(nèi)單調(diào)遞減的參數(shù)估計律;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，并通過轉(zhuǎn)換得到列車標(biāo)稱模型及其約束條件，設(shè)計了列車駕駛自適應(yīng)魯棒預(yù)測控制器，有效的抑制了模型參數(shù)不確定和外界擾動的影響。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