本技术提供一种基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法及系统,属于列车虚拟重联运行优化控制技术领域,建立列车运行基本阻力与附加阻力的纵向列车动力学模型;建立考虑列车测速定位误差、通信时延误差因素的列车运行安全包络,建立列车虚拟重联运行时相邻列车间动态目标间隔;设置控制器的代价函数为最小化无限时域的系统状态变量二次型与控制量二次型加权之和;引入辅助矩阵将优化问题转化为求解代数黎卡提方程,通过数值计算的方式求解得到辅助矩阵,带入有干扰补偿的状态反馈控制器模型中,得到优化后的控制量,实现列车虚拟重联模式下安全运行的优化控制过程。本发明能够实现列车虚拟重联运行优化控制。
背景技术
高速铁路的快速发展提升了人们的生产效率,其运量大、快捷舒适、低碳节能、准点的优点使得公众对于高铁出行的需求不断提升。尽管高铁线路里程不断增加,但是在出行高峰期仍然无法满足公众的出行需求。为了解决当前高铁运输需求的增长无法得到满足的问题,研究高速铁路以高速度、高频次地运行成了焦点,以求进一步提高既有线路的运输效率。
列车运行控制系统控制列车以安全间隔保持运行。目前中国列车运行控制系统分为CTCS-0到CTCS-3四个等级,CTCS-3为适用速度等级最高、发车频次最高的线路。而CTCS-3级列车运行控制系统采用固定闭塞的方式控制列车间隔运行,为了防止列车相撞,列车会占用较长的固定闭塞分区长度的轨道区段,其他列车严禁闯入该区段。在这种固定闭塞的方式下,列车为了保障运行安全,追踪的时空间隔大、轨道资源的利用率低,不利于高速度、高频次的运营需求。列车虚拟重联技术采用基于相对制动距离的方式控制列车以编队形式运行,能够有效减少列车之间的追踪运行间隔,实现高速列车高效率运营和运能动态配置的灵活运输功能。
目前国内外对虚拟重联技术中列车间隔控制进行了相当多的研究,除了传统低成本的PID等控制方法外,许多专家学者还将现代智能控制算法运用于虚拟重联运行模式下的列车运行间隔控制,如模型预测控制、滑膜控制、基于深度学习、强化学习等控制方法。而线性二次型调节器(LQR)作为一种基于状态反馈的优化控制方法,能够有效使控制效能优化,对比于模型预测控制等方法,二次型调节器还具有计算量小、模型简单的优点。但一般二次型调节器模型中未涉及被控对象的干扰问题,而列车以虚拟重联模式运行还面临着复杂的环境,存在一定的干扰因素,因此研究基于干扰补偿线性二次型调节器的列车虚拟重联运行控制方法具有前沿与现实的研究价值。
实现思路