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      為列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)生成速度控制命令的方法與流程

      文檔序號(hào):12661218閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

      技術(shù)特征:

      1.一種為列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)生成速度控制命令的方法,所述列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能根據(jù)速度控制命令對(duì)列車(chē)的速度進(jìn)行控制,其特征在于:所涉及的模塊包括小種群優(yōu)化模塊、上層優(yōu)化模塊和外部檔案模塊;所述小種群優(yōu)化模塊中包含有多個(gè)小種群;

      所述方法包括:

      1)設(shè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和約束參數(shù);所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括:線路參數(shù)、站點(diǎn)參數(shù)、列車(chē)參數(shù)、ATO系統(tǒng)參數(shù);所述約束參數(shù)包括:限速參數(shù)、停車(chē)位置參數(shù)、到站時(shí)間參數(shù)、列車(chē)工況轉(zhuǎn)換原則;

      2)按如下方式設(shè)定粒子和小種群:為列車(chē)設(shè)計(jì)控制序列;所述控制序列由多個(gè)順次排列的控制階段組成,每個(gè)控制階段均對(duì)應(yīng)一種列車(chē)工況,列車(chē)工況切換時(shí)控制階段也隨之切換;列車(chē)工況切換時(shí),列車(chē)在運(yùn)行線路上所處的位置記為工況轉(zhuǎn)換點(diǎn);對(duì)工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)的位置進(jìn)行調(diào)整,即可為控制序列生成多種控制模態(tài),每種控制模態(tài)及其對(duì)應(yīng)的多個(gè)工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)記為一個(gè)粒子,粒子的維度即為控制階段數(shù)量與工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)數(shù)量之和;設(shè)粒子數(shù)量為x、小種群數(shù)量為y,將x個(gè)粒子平均分配至y個(gè)小種群中;

      3)小種群優(yōu)化模塊根據(jù)粒子群優(yōu)化算法,控制各個(gè)小種群按公式一對(duì)所轄粒子進(jìn)行粒子速度更新處理,得到各個(gè)粒子當(dāng)前的粒子速度,然后根據(jù)粒子速度,小種群按公式三對(duì)各個(gè)粒子進(jìn)行粒子位置更新處理,得到各個(gè)粒子當(dāng)前的粒子位置;進(jìn)入步驟4);

      4)滿足約束參數(shù)條件的粒子位置記為可行解,不滿足約束參數(shù)條件的粒子位置記為非可行解,若某一小種群所對(duì)應(yīng)的多個(gè)粒子位置中存在可行解,則將相應(yīng)小種群記為可行小種群,若某一小種群所對(duì)應(yīng)的多個(gè)粒子位置均為非可行解,則將相應(yīng)小種群記為非可行小種群;

      根據(jù)約束參數(shù),對(duì)各個(gè)小種群的狀態(tài)進(jìn)行判斷:

      若所有小種群均為非可行小種群,則進(jìn)入步驟5B);若多個(gè)小種群中既存在可行小種群又存在非可行小種群,則進(jìn)入步驟5A);

      5A)小種群優(yōu)化模塊將可行解輸入外部檔案模塊,同時(shí),小種群優(yōu)化模塊將每個(gè)可行小種群所對(duì)應(yīng)的可行解中的最優(yōu)者作為精英解輸入上層優(yōu)化模塊,同時(shí),小種群優(yōu)化模塊將每個(gè)非可行小種群所對(duì)應(yīng)的非可行解中的最優(yōu)者作為精英解輸入上層優(yōu)化模塊;

      外部檔案模塊第一次收到可行解時(shí),若可行解的數(shù)量為1,則外部檔案模塊直接對(duì)可行解進(jìn)行保存,若可行解的數(shù)量為2個(gè)或2個(gè)以上,則外部檔案模塊對(duì)所有可行解進(jìn)行支配關(guān)系識(shí)別:對(duì)于不存在支配關(guān)系的可行解,則全部保留,對(duì)于存在支配關(guān)系的可行解,只保留支配者,移除受支配者;保留在外部檔案模塊中的可行解記為Pareto前沿解;后續(xù)迭代過(guò)程中,外部檔案模塊對(duì)新收到的可行解和Pareto前沿解整體進(jìn)行支配關(guān)系識(shí)別:對(duì)于不存在支配關(guān)系的可行解,則全部保留,對(duì)于存在支配關(guān)系的可行解,只保留支配者,移除受支配者;

      上層優(yōu)化模塊收到多個(gè)精英解后,對(duì)多個(gè)精英解進(jìn)行優(yōu)化處理,得到小種群全局最優(yōu)位置,然后將小種群全局最優(yōu)位置反饋至所有小種群中,小種群根據(jù)小種群全局最優(yōu)位置對(duì)公式二中的相應(yīng)因子進(jìn)行更新;

      待外部檔案模塊和上層優(yōu)化模塊的前述動(dòng)作都完成后,對(duì)迭代次數(shù)進(jìn)行判斷,若迭代次數(shù)達(dá)到設(shè)定值,則進(jìn)入步驟6),若迭代次數(shù)未達(dá)到設(shè)定值,則小種群優(yōu)化模塊從外部檔案模塊中調(diào)用Pareto前沿解并從該前沿解中提取出外部全局最優(yōu)位置,然后將外部全局最優(yōu)位置反饋至所有小種群中,小種群根據(jù)外部全局最優(yōu)位置對(duì)公式二中的相應(yīng)因子進(jìn)行更新;然后小種群按公式二對(duì)多個(gè)小種群中的多個(gè)粒子進(jìn)行粒子速度更新處理,得到各個(gè)粒子當(dāng)前的粒子速度,然后根據(jù)粒子速度,小種群按公式三對(duì)各個(gè)粒子進(jìn)行粒子位置更新處理,得到各個(gè)粒子當(dāng)前的粒子位置;返回步驟4);

      5B)將每個(gè)小種群所對(duì)應(yīng)的非可行解中,與約束參數(shù)背離程度最小的非可行解作為精英解輸入上層優(yōu)化模塊中,上層優(yōu)化模塊收到多個(gè)精英解后,對(duì)多個(gè)精英解進(jìn)行優(yōu)化處理,得到種群全局最優(yōu)位置,然后將種群全局最優(yōu)位置反饋至所有小種群中,小種群根據(jù)種群全局最優(yōu)位置對(duì)公式一中的相應(yīng)因子進(jìn)行更新;然后對(duì)迭代次數(shù)進(jìn)行判斷,若迭代次數(shù)達(dá)到設(shè)定值,則進(jìn)入步驟6),若迭代次數(shù)未達(dá)到設(shè)定值,則返回步驟3);

      6)若外部檔案模塊中不存在Pareto前沿解,則操作結(jié)束;若外部檔案模塊中存在Pareto前沿解,則從Pareto前沿解中選取一者,然后求解出相應(yīng)的速度控制命令;

      所述公式一為:

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      其中,w為慣性權(quán)重,w為設(shè)定值;為相應(yīng)小種群中第d維度上第i個(gè)粒子第k次搜索時(shí)的粒子速度,為設(shè)定值;為相應(yīng)小種群中第d維度上第i個(gè)粒子第k+1次搜索時(shí)的粒子速度;c1和c2均是數(shù)值為正的常數(shù),c1和c2均為設(shè)定值;均為[0,1]區(qū)間上的隨機(jī)數(shù),的具體數(shù)值由小種群根據(jù)粒子群優(yōu)化算法隨機(jī)生成;為相應(yīng)小種群中第d維度上第i個(gè)粒子在第k次搜索時(shí)的自身最優(yōu)位置,為設(shè)定值,后續(xù)過(guò)程中的由各個(gè)小種群根據(jù)粒子群優(yōu)化算法自動(dòng)更新;為第d維度上第k次搜索時(shí)的小種群全局最優(yōu)位置,為設(shè)定值;為相應(yīng)小種群中第d維度上第i個(gè)粒子第k次搜索時(shí)的位置向量,為設(shè)定值;

      所述公式二為:

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      其中,c3是數(shù)值為正的常數(shù),c3為設(shè)定值,為[0,1]區(qū)間上的隨機(jī)數(shù),的具體數(shù)值由小種群根據(jù)粒子群優(yōu)化算法隨機(jī)生成,為第d維度上第k次搜索時(shí)的外部全局最優(yōu)位置;

      所述公式三為:

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      其中,為相應(yīng)小種群中第d維度上第i個(gè)粒子第k+1次搜索時(shí)的位置向量。

      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的為列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)生成速度控制命令的方法,其特征在于:所述步驟5A)中,小種群優(yōu)化模塊按如下方式從外部檔案模塊中調(diào)用Pareto前沿解:

      若外部檔案模塊中的Pareto前沿解數(shù)量只有1個(gè)時(shí),則直接調(diào)用該P(yáng)areto前沿解;

      若外部檔案模塊中的Pareto前沿解數(shù)量大于1且小于4時(shí),則以隨機(jī)選擇方式任選一個(gè)Pareto前沿解;

      若外部檔案模塊中的Pareto前沿解數(shù)量大于或等于4時(shí),則按如下方式處理:

      1)在運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和能耗大小中任選一者作為參考標(biāo)準(zhǔn),參考標(biāo)準(zhǔn)的最大值和最小值所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)Pareto前沿解分別記為兩個(gè)邊界解,其余Pareto前沿解記為非邊界解;

      2)按獲取時(shí)間順序,用1至n的整數(shù)將多個(gè)非邊界解連續(xù)編號(hào),然后根據(jù)Pareto原理,計(jì)算出各個(gè)非邊界解的擁擠距離值,然后按下式計(jì)算出各個(gè)非邊界解所對(duì)應(yīng)的選取概率pi

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      其中,di為第i個(gè)非邊界解的擁擠距離值,n為非邊界解的數(shù)量;

      3)根據(jù)各個(gè)非邊界解所對(duì)應(yīng)的選取概率pi,采用輪盤(pán)賭選擇方法,從多個(gè)非邊界解中抽選出一者作為備用解,然后以隨機(jī)選擇方式,從兩個(gè)邊界解和備用解三者中任選一個(gè)作為外部全局最優(yōu)位置。

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