本發(fā)明涉及高速鐵路多列車運行控制領(lǐng)域,具體涉及基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、鐵路信號系統(tǒng)包括固定閉塞系統(tǒng)和移動閉塞系統(tǒng),閉塞系統(tǒng)是列車運行安全、交通控制和運輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)。傳統(tǒng)的固定閉塞系統(tǒng)存在線路利用率低、靈活性差的缺點,沒有考慮列車之間的相互影響,越來越難以滿足現(xiàn)代高速鐵路系統(tǒng)的要求。與固定閉塞系統(tǒng)相比,移動閉塞系統(tǒng)允許列車根據(jù)相鄰列車的實時相對位置信息自動控制運行速度,可以減少列車之間的運行間隔,顯著提高運輸能力。研究高速列車在移動閉塞下的控制問題是未來發(fā)展趨勢。
2、現(xiàn)有的高鐵多列車系統(tǒng)協(xié)同控制方法只有單一的協(xié)同過程,在列車編隊穩(wěn)定過程中,所有列車始終處于協(xié)同狀態(tài),需要列車控制器不斷獲取相鄰列車狀態(tài)信息進行協(xié)同計算,這導致列車計算成本和通信開銷較大,降低了系統(tǒng)的可靠性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法及系統(tǒng),用于解決現(xiàn)有的高鐵多列車系統(tǒng)協(xié)同控制方法,需要列車控制器不斷獲取相鄰列車狀態(tài)信息進行協(xié)同計算,導致列車計算成本和通信開銷較大,降低了系統(tǒng)的可靠性的問題。
2、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
3、一種基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法,包括以下步驟:
4、根據(jù)目標列車與其相鄰列車之間的相對位置確定目標列車當前所處的實時工況,根據(jù)所述實時工況選擇對應(yīng)的控制策略控制所述目標列車。
5、優(yōu)選的,所述實時工況包括協(xié)同區(qū)和非協(xié)同區(qū);
6、當所述目標列車處于協(xié)同區(qū)時,對應(yīng)的控制策略是所述目標列車與其相鄰列車協(xié)同;所述協(xié)同包括速度和/或位置協(xié)同;當所述目標列車處于非協(xié)同區(qū)時,對應(yīng)的控制策略為不要求目標列車與其相鄰列車協(xié)同。
7、優(yōu)選的,所述非協(xié)同區(qū)包括加速區(qū)以及自調(diào)整區(qū);
8、當所述目標列車處于加速區(qū)時,對應(yīng)的控制策略是所述目標列車以最大加速度追蹤前車;
9、當所述目標列車處于自調(diào)整區(qū)時,對應(yīng)的控制策略為追蹤自己的期望速度而不與相鄰列車協(xié)同。
10、優(yōu)選的,根據(jù)目標列車與其相鄰列車之間的相對位置確定目標列車當前所處的實時工況,通過以下公式實現(xiàn):
11、當所述目標列車與其相鄰列車滿足于:pi-1(kt)-pi(kt)>εa,則判斷所述目標列車當前所處加速區(qū);其中,pi-1(kt)為相鄰列車i-1在kt時刻的位置;pi(kt)為目標列車i在kt時刻的位置;εa表示協(xié)同區(qū)長度;
12、當所述目標列車與其相鄰列車滿足于以下公式,則判斷所述目標車輛當前處于自調(diào)整區(qū):
13、
14、mi(kt)={j∈fi||pj(kt)-pi(kt)-εji|>ε/2}
15、其中,pi(kt)為相鄰列車j在kt時刻的位置;εij表示目標列車i與相鄰列車j的期望相對距離,ε表示自調(diào)整區(qū)域的長度,φi表示目標列車i的鄰居集合,μi(kt)為目標列車i在kt時刻的時變鄰居集合。
16、當所述目標列車與其相鄰列車滿足于以下公式,則判斷所述目標車輛當前處于協(xié)同區(qū):
17、mi(kt)={j∈fi||pj(kt)-pi(kt)-εji|>ε/2}。
18、優(yōu)選的,根據(jù)所述實時工況選擇對應(yīng)的控制策略控制所述目標列車,通過以下控制算法實現(xiàn):
19、ui(kt)=ufi(kt)+uci(kt),
20、
21、
22、其中,k為采樣時刻,t為采樣周期,pi(kt)表示目標列車i在kt時刻的位置,vi(kt)表示目標列車i在kt時刻的速度,ui(kt)表示目標列車i在kt時刻的控制輸入,即列車的牽引加速度,ufi(kt)為目標列車i在kt時刻的阻尼補償部分,uci(kt)為目標列車i在kt時刻的驅(qū)動控制部分;ci0,ci1和ci2是根據(jù)列車實際運行獲得的三個不同的阻尼參數(shù);是列車i的最大牽引加速度,列車i-1表示目標列車i的前向列車,pi-1(kt)-pi(kt)>εa表示目標列車i位列車j∈mi(kt),表示目標列車i位于自調(diào)整區(qū);εji表示目標列車i與相鄰列車j之間的期望相對距離,aij表示目標列車i與列車j的通信拓撲權(quán)重,ki,λi1,λi2表示控制算法三個不同的參數(shù),其他情況表示列車i位于協(xié)同區(qū),v0表示目標列車i的期望速度。
23、優(yōu)選的,控制算法的控制指標為:
24、
25、優(yōu)選的,所述控制算法基于以下動力學模型設(shè)定:
26、
27、其中,k為采樣時刻,t為采樣周期,pi((k+1)t)為目標列車i在(k+1)t時刻的位置;pi(kt)表示目標列車i在kt時刻的位置,vi((k+1)t)表示目標列車i在(k+1)t時刻的速度;vi(kt)表示目標列車i在kt時刻的速度,ui(kt)表示目標列車i在kt時刻的控制輸入,即目標列車i的牽引加速度;表示目標列車i的速度飽和約束,表示目標列車i的速度約束集合,表示目標列車最小速度,表示目標列車最大速度;表示目標列車i的控制輸入飽和約束,表示目標列車i的加速度約束集合,表示目標列車i的最大制動加速度,表示目標列車i的最大牽引加速度;ci0,ci1和ci2是根據(jù)列車實際運行獲得的阻尼參數(shù)。
28、一種計算機系統(tǒng),包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序,所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述方法的步驟。
29、本發(fā)明具有以下有益效果:
30、1、本發(fā)明中的方法及系統(tǒng),根據(jù)目標列車與其相鄰列車之間的相對位置確定目標列車當前所處的實時工況,根據(jù)所述實時工況選擇對應(yīng)的控制策略控制所述目標列車,相比現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明列車根據(jù)所處工況切換不同的控制策略,有效提升了多列車協(xié)同控制算法對實際運行場景的適用性。
31、2、在優(yōu)選方案中,本發(fā)明根據(jù)列車相對位置將列車所處區(qū)域劃分為加速區(qū)、協(xié)同區(qū)和自調(diào)整區(qū),加速區(qū)的引入能有效減少列車協(xié)同計算和通信成本,降低列車控制器負擔,自調(diào)整區(qū)的引入使得多列車系統(tǒng)具有更強的抗干擾能力,能有效抑制擾動的傳播。
32、3、在優(yōu)選方案中,本發(fā)明在協(xié)同區(qū)中速度交互的引入加快了多列車系統(tǒng)收斂速度,提高系統(tǒng)跟蹤效率。
33、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外,本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照附圖,對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
1.一種基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法,其特征在于,所述實時工況包括協(xié)同區(qū)和非協(xié)同區(qū);
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法,其特征在于,所述非協(xié)同區(qū)包括加速區(qū)以及自調(diào)整區(qū);
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法,其特征在于,根據(jù)目標列車與其相鄰列車之間的相對位置確定目標列車當前所處的實時工況,通過以下公式實現(xiàn):
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法,其特征在于,根據(jù)所述實時工況選擇對應(yīng)的控制策略控制所述目標列車,通過以下控制算法實現(xiàn):
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的所述的基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法,其特征在于,控制算法的控制指標為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于移動閉塞的高速鐵路多列車分段協(xié)同控制方法,其特征在于,所述控制算法基于以下動力學模型設(shè)定:
8.一種計算機系統(tǒng),包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序,其特征在于,所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述權(quán)利要求1至7任一所述方法的步驟。