虚拟编组高速列车运行滑模控制方法、系统、设备及介质

本发明涉及高速列车控制领域，特别是涉及一种虚拟编组高速列车运行滑模控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、在当前虚拟编组研究当中，在建模时大都是采用单质点建模方法，仅针对运行过程的动力学进行分析，却很少有研究考虑控制输入延迟问题对于模型精度造成的影响。在运行模式的构建方面，现有虚拟编组研究大都只注重于列车编组之后的协同运行阶段，针对多列列车在出站之后如何快速编组，以及在运行过程中如何根据实际运行需要快速解编的研究仍然欠缺。在控制方法的设计研究方面，相较于目前主流的模型预测控制方法，滑模控制具有实现简单、对参数变化不灵敏、快速响应的优点，但抖振问题却成为限制其应用的一个关键因素，如何有效抑制滑模控制中存在的抖振问题，仍待进一步研究。因此，需要一种能够抑制抖振问题的列车控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种虚拟编组高速列车运行滑模控制方法、系统、设备及介质，既能有效抑制抖振问题保证列车的安全运行，还能应对控制输入延迟问题，保障列车对目标曲线的精确追踪运行。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种虚拟编组高速列车运行滑模控制方法，包括：

4、根据列车运行过程中的受力情况和控制输入延迟构建虚拟编组高速列车的动力学模型；

5、根据所述动力学模型基于列车的位移信息和速度信息构建虚拟编组高速列车的运行模式；

6、根据所述动力学模型和所述运行模式确定虚拟编组高速列车的运行滑模控制律；所述运行滑模控制律用于控制所述高速列车运行。

7、可选地，所述动力学模型的表达式为：

8、

9、其中，表示第列单元列车的加速度；表示第列单元列车的质量；表示第列单元列车经输出延迟之后的控制力；表示第列单元列车在运行过程中所受到的附加阻力；表示第列单元列车在运行过程中所受到的基本阻力；t为当前时间；为输出延迟时间。

10、可选地，所述运行模式包括高速列车编组阶段、高速列车协同运行阶段和高速列车解编阶段。

11、可选地，根据所述动力学模型和所述运行模式确定虚拟编组高速列车的运行滑模控制律，具体包括：

12、根据所述动力学模型和所述运行模式确定滑模函数；

13、根据所述滑模函数利用lyapunov函数和leibniz积分法则确定虚拟编组高速列车的运行滑模控制律。

14、可选地，所述运行滑模控制律的表达式为：

15、

16、其中，为控制力大小；为比例系数，表示第列单元列车的滑模函数；表示在控制输出延迟时间内控制力的积分值；表示第列单元列车在运行过程中所受到的附加阻力；表示第列单元列车在运行过程中所受到的基本阻力；表示第列单元列车的质量；为期望加速度；c为和滑模函数有关的系数；表示第列单元列车位移误差。

17、本发明还提供一种虚拟编组高速列车运行滑模控制系统，包括：

18、动力学模型构建模块，用于根据列车运行过程中的受力情况和控制输入延迟构建虚拟编组高速列车的动力学模型；

19、运行模式构建模块，用于根据所述动力学模型基于列车的位移信息和速度信息构建虚拟编组高速列车的运行模式；

20、运行滑模控制律确定模块，用于根据所述动力学模型和所述运行模式确定虚拟编组高速列车的运行滑模控制律；所述运行滑模控制律用于控制所述高速列车运行。

21、本发明还提供一种电子设备，包括：

22、一个或多个处理器；

23、存储装置，其上存储有一个或多个程序；

24、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如所述的方法。

25、本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的方法。

26、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

27、本发明根据列车运行过程中的受力情况和控制输入延迟构建虚拟编组高速列车的动力学模型；根据所述动力学模型基于列车的位移信息和速度信息构建虚拟编组高速列车的运行模式；根据所述动力学模型和所述运行模式确定虚拟编组高速列车的运行滑模控制律；所述运行滑模控制律用于控制所述高速列车运行。通过考虑控制输入延迟且在构建的运行滑模控制律中不包含切换项，从而既有效抑制了抖振保证了列车的安全运行，还能应对控制输入延迟问题，保障列车对目标曲线的精确追踪运行。

技术特征：

1.一种虚拟编组高速列车运行滑模控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的虚拟编组高速列车运行滑模控制方法，其特征在于，所述动力学模型的表达式为：

3.根据权利要求1所述的虚拟编组高速列车运行滑模控制方法，其特征在于，所述运行模式包括高速列车编组阶段、高速列车协同运行阶段和高速列车解编阶段。

4.根据权利要求1所述的虚拟编组高速列车运行滑模控制方法，其特征在于，根据所述动力学模型和所述运行模式确定虚拟编组高速列车的运行滑模控制律，具体包括：

5.根据权利要求1所述的虚拟编组高速列车运行滑模控制方法，其特征在于，所述运行滑模控制律的表达式为：

6.一种虚拟编组高速列车运行滑模控制系统，其特征在于，包括：

7.一种电子设备，其特征在于，包括：

8.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任意一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种虚拟编组高速列车运行滑模控制方法、系统、设备及介质，涉及高速列车控制领域，方法包括根据列车运行过程中的受力情况和控制输入延迟构建虚拟编组高速列车的动力学模型；根据所述动力学模型基于列车的位移信息和速度信息构建虚拟编组高速列车的运行模式；根据所述动力学模型和所述运行模式确定虚拟编组高速列车的运行滑模控制律；所述运行滑模控制律用于控制所述高速列车运行。本发明不仅能有效抑制抖振问题保证列车的安全运行，还能应对控制输入延迟问题，保障高速列车对目标曲线的精确追踪运行，为提升高速列车运输效率提供支撑。

技术研发人员：付雅婷,田君豪,杨辉,李中奇,谭畅
受保护的技术使用者：华东交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22