[发明专利]基于多智能体的动车组停车一致性控制方法

说明书

本发明提出了一种基于多智能体系统动车组一致性停车控制方法，建立分布式动车组的多智能体系统模型，根据控制目标设计PID控制器跟踪虚拟领航者的位移速度曲线，设计复合跟踪控制器包含滑模变结构观测器可向控制器反馈扰动信息，提高跟踪精度，抗干扰能力强，且本发明设计的跟踪控制器可实现动车组制动时速度的一致性跟踪，并保证相邻车厢始终处于安全车间距。

技术领域

本发明涉及动车组制动控制领域，更具体地，涉及一种基于多智能体系统动车组停车一致性控制方法。

背景技术

高速列车已然成为中国轨道交通的主流载体，为满足我国对高速线路运输建设和安全运行的巨大需求，对高速铁路相关基础理论及其关键技术的研究显得尤为重要，其中高速列车的制动控制是保证高速列车安全运行，准点停靠的关键技术。高速列车大都采用多个车厢组成的分布式结构，但是随着列车运行速度的不断提高，不同车厢所受不确定阻力以及车厢之间的非线性耦合作用明显增强，传统的单质点模型已经不能很好的模拟制动的过程。现有的研究主要是建立分布式的动车组数学模型，基于分布式数学模型的制动控制算法也得到了长足的发展，其中一致性算法，以简单的控制器结构和较少的信息量，使庞大、复杂多智能体系统中的各个状态(如位置、速度等)渐进趋于一致，它在解决分布式模型的一致性跟踪问题上表现出诸多优异的特性，从而也被引进动车组分布式数学模型的制动控制方法中，实现了动车组的协同控制，该算法极大的简化了控制器的复杂程度，但是未考虑到实际动车组的制动速度位移为曲线变化，也未涉及实际动车组运行过程中受到的非线性不确定阻力扰动，使得这些方法在鲁棒性上不足，不能直接应用到实际工程制动背景中。

发明内容

本发明提出一种基于多智能体系统动车组一致性停车控制方法，首先建立动车组的多智能体系统数学模型，其次设计跟踪控制器，根据跟踪控制器可实时观测估计系统不确定性扰动和非线性耦合组成的复合不确定项，又能保证鲁棒一致性，实现各车厢对目标速度曲线的跟踪，并保证相邻车厢间距最终稳定在设定值。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于多智能体的动车组一致性停车控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立分布式动车组的多智能体系统，动车组由n+1节车厢组成的动车组构成，设置车厢0为多智能系统中的虚拟领航者，车厢i为多智能系统中的跟随者，i＝1,2,3,...,n；

虚拟领航者的动态模型为其中x₀,v₀分别表示虚拟领航智能体的位置和速度信息，u₀表示控制输入；跟随者的动态模型为其中x_i,v_i分别表示跟随者智能体的位置和速度信息，u_i表示控制输入，f_ri(·)＝[f_i(·)-d_i(·)]/m_i，f_i(·)代表第i节车厢的非线性耦合作用力，d_i(·)代表第i节车厢所受到的不确定性扰动，H_i＝1/m_i，m_i为第i节车厢的质量。

步骤2：将目标制动曲线输入至虚拟领航者，设计PID控制器并定义控制器参数，用于跟踪控制虚拟领航者的实际位移速度运行曲线，以实现第一控制目标其中x^d为目标制动曲线。

步骤3：设计一致性跟踪控制器用于跟踪控制跟随者的实际位移速度运行曲线，以实现第二控制目标其中r_ij＝x_i-x_j表示相邻车厢之间距离，r_ij∈[9.5,10.5]。