一种基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法与流程

技术特征：

1.一种基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)获取列车当前运行目标速度和实际速度；

(2)根据所述列车当前运行目标速度和实际速度，计算出速度跟踪误差；

(3)根据所述速度跟踪误差，采用误差偏差微分滤波器计算出误差偏差，并更新所述误差偏差微分滤波器的状态量；

(4)根据所述速度跟踪误差和误差偏差，采用PID控制器计算出PID控制量，并更新所述PID控制器在积分过程中的状态量；

(5)获取前馈值并采用所述前馈值对步骤(4)计算出的PID控制量进行调整；

(6)根据最大目标制动加速度和最大目标牵引加速度，对经过步骤(5)调整的PID控制量进行修正；

(7)根据所述速度跟踪误差，对经过步骤(6)修正的PID控制量进行更新；

(8)将经过步骤(7)更新的PID控制量转换为相应的控制力，并对所述控制力进行修正；

(9)将经过步骤(8)修正的控制力输出给列车。

2.根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(1)中，所述列车当前运行目标速度的获取包括以下步骤：

a、根据列车在当前区间内的区间计划运营时间以及线路限定条件信息，计算出列车运行推荐速度曲线；

b、根据列车运行推荐速度曲线，获取列车当前运行目标速度。

3.根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述误差偏差采用以下公式计算得到：

diffErr＝(diffFc0*diffFx0)+(diffFc1*diffFx1)+(diffFd0*errorSpeed)；

其中，diffErr表示所述误差偏差，diffFc0、diffFc1、diffFd0均表示所述误差偏差微分滤波器的系数，diffFx0、diffFx1均表示所述误差偏差微分滤波器的状态量，errorSpeed表示所述速度跟踪误差；

所述误差偏差微分滤波器的状态量采用以下公式进行更新：

diffFx0＝(diffFa0*diffFx0)+(diffFa1*diffFx1)+(diffFb0*errorSpeed)；

diffFx1＝(diffFa2*diffFx0)+(diffFa3*diffFx1)+(diffFb1*errorSpeed)；其中，diffFa0、diffFa1、diffFb0、diffFa2、diffFa3、diffFb1均表示所述误差偏差微分滤波器的系数。

4.根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(4)中，所述PID控制量采用以下公式计算得到：

pidResult＝(Kp*errorSpeed)+(Ki*Xi)+(Kd*diffErr)；

其中，pidResult表示所述PID控制量，Kp、Ki、Kd均表示所述PID控制器的系数，errorSpeed表示所述速度跟踪误差，diffErr表示所述误差偏差，Xi表示PID控制器在积分过程中的状态量；

所述PID控制器在积分过程中的状态量采用以下公式进行更新：

Xi＝Xi+(errorSpeed*cycTime)

其中，cycTime表示ATO系统控制循环周期。

5.根据根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(5)中，所述获取前馈值并采用所述前馈值对步骤(4)计算出的PID控制量进行调整，具体包括以下步骤：

a、判断列车当前驾驶状态是否处于巡航阶段，若是，则执行步骤b，若否，则直接将所述前馈值设为停车制动加速度，然后跳转至步骤d；

b、判断所述列车当前运行目标速度是否低于预设阈值，若是，则将所述前馈值设为最大目标制动加速度，然后跳转至步骤d，若否，则执行步骤c；

c、根据所述列车当前运行目标速度以及前馈值微分滤波器，采用以下公式计算出所述前馈值，并更新所述前馈值微分滤波器的状态量，然后跳转至步骤d：

forwardVal＝(forwardFc0*forwardFx0)+(forwardFc1*forwardFx1)+(forwardFd0*targetSpeed)；

forwardFx0＝(forwardFa0*forwardFx0)+(forwardFa1*forwardFx1)+(forwardFb0*targetSpeed)；

forwardFx1＝(forwardFa2*forwardFx0)+(forwardFa3*forwardFx1)+(forwardFb1*targetSpeed)；

其中，forwardVal表示所述前馈值，forwardFx0、forwardFx1均表示所述前馈值微分滤波器的状态量，forwardFa0、forwardFa1、forwardFa2、forwardFa3、forwardFb0、forwardFb1、forwardFc0、forwardFc1、forwardFd0均表示所述前馈值微分滤波器的系数，targetSpeed表示所述列车当前运行目标速度；

d、根据获取的所述前馈值，采用以下公式对步骤(4)计算出的PID控制量进行调整：

pidResult＝pidResult+forwardVal；

其中，pidResult表示PID控制量，且公式中左边的pidResult表示调整后的PID控制量，右边的pidResult表示调整前的PID控制量。

6.根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(6)中，所述根据最大目标制动加速度和最大目标牵引加速度，对经过步骤(5)调整的PID控制量进行修正，具体包括以下步骤：

a、若所述经过步骤(5)调整的PID控制量处于最大目标制动加速度与最大目标牵引加速度之间，则保持所述经过步骤(5)调整的PID控制量不变；

b、若所述经过步骤(5)调整的PID控制量大于最大目标牵引加速度，则将所述经过步骤(5)调整的PID控制量修正为具体线路场景中的牵引加速度；

c、若所述经过步骤(5)调整的PID控制量小于最大目标制动加速度，则将所述经过步骤(5)调整的PID控制量修正为具体线路场景中的制动加速度。

7.根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(7)中，根据所述速度跟踪误差，对经过步骤(6)修正的PID控制量进行更新，具体包括以下步骤：

判断所述速度跟踪误差是否大于预设阈值，若是，则保持所述经过步骤(6)修正的PID控制量不变，若否，则将所述经过步骤(6)修正的PID控制量更新为0。

8.根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(8)中，对所述控制力进行修正，具体包括以下步骤：

a、判断所述控制力是否小于预设的控制力最小值，若是，则将所述控制力修正为所述预设的控制力最小值，若否，则执行步骤b；

b、判断所述控制力与上周期输出的控制力之差是否大于牵引力每次增加的上限值，若是，则将所述控制力修正为所述上周期输出的控制力与牵引力每次增加的上限值之和，若否，则执行步骤c；

c、判断所述上周期输出的控制力与所述控制力之差是否大于牵引力每次减少的上限值，若是，则将所述控制力修正为所述上周期输出的控制力与牵引力每次减少的上限值之差，若否，则执行步骤d；

d、保持所述控制力不变。

9.根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(5)中，还包括获取坡度加速度，在所述前馈值对步骤(4)计算出的PID控制量进行调整的基础上，采用所述坡度加速度对步骤(4)计算出的PID控制量进行再次调整；或者先采用所述坡度加速度对步骤(4)计算出的PID控制量进行调整，在所述坡度加速度对步骤(4)计算出的PID控制量进行调整的基础上，采用所述前馈值对步骤(4)计算出的PID控制量进行再次调整。

10.根据权利要求1所述的基于PID和滤波算法的列车速度自动控制方法，其特征在于，步骤(9)中，将经过步骤(8)修正的控制力以电流环的形式输出给列车。