[发明专利]基于两阶段正交配置的货运电力机车赶点参考速度自动发生装置及方法

权利要求书

1.基于两阶段正交配置的货运电力机车赶点参考速度自动发生装置，其特征在于：包括电力机车车速传感器(11)、电力机车坡道传感器(12)、电力机车参数及赶点区间输入单元(13)、电力机车中控CCU(14)和参考速度曲线输出单元(15)；

所述电力机车车速传感器(11)用于测量电力机车当前行驶速度，并通过数据总线传输至电力机车中控CCU(14)；

所述电力机车坡道传感器(12)用于测量铁路轨道当前的坡道角度，并通过数据总线传输至电力机车中控CCU(14)；

所述电力机车参数及赶点区间输入单元(13)用于设定电力机车的动力学模型参数以及相应的性能参数同时接收铁路调度部门发送的赶点区间指令，并通过数据总线传输至电力机车中控CCU(14)；

所述电力机车中控CCU(14)用于根据铁路调度部门发送的赶点区间以及当前的电力机车速度、铁路轨道坡道，自动执行两阶段自适应Gauss配点重构伪谱法，得到使货运电力机车在最短时间内行驶完赶点区间的最优速度参考值；

所述参考速度曲线输出单元(15)用于将电力机车中控CCU(14)得到的赶点参考速度曲线输出至速度控制机构；

所述电力机车中控CCU(14)包括

信息采集模块(21)，用于采集电力机车速度参数、铁路轨道坡度参数、赶点区间距离参数、电力机车动力学模型参数以及性能约束参数，并将采集的信息输入到初始化模块中；

初始化模块(22)，用于设置控制变量正交配置配点初始点个数N和状态变量正交配置配点初始点个数H以及牵引力控制量初始猜测值u⁽⁰⁾，并设定优化计算精度tol，将迭代次数k置零；

第一阶段常微分方程组正交配置模块(23)，用于对电力机车动力学模型进行正交配点离散化；

非线性规划问题求解模块(24)，用于通过计算得到满足收敛性要求的牵引力控制量u^(k)(t)；

第二阶段配点判断模块(25)，用于判断非线性规划问题求解模块(24)得到的牵引力控制变量是否进行第二阶段正交配点处理；

第二阶段第一阶段常微分方程组正交配置模块(26)，用于对控制变量和状态变量进行正交配置配点；

参考速度曲线输出模块(27)，用于将计算得到的牵引力控制量下对应的赶点参考速度曲线输出至速度控制器；

所述电力机车中控CCU的两阶段自适应Gauss配点重构伪谱法，具体步骤如下：

步骤B1：读取录入的电力机车动力学模型参数以及相应的性能参数值，采集赶点区间距离、当前时刻的电力机车速度与铁路轨道坡度数值；

步骤B2：设置控制变量正交配置配点初始点个数N和状态变量正交配置配点初始点个数H、控制变量初始猜测值u⁽⁰⁾，设定优化计算精度tol，将迭代次数k置零；

步骤B3：对常微分方程组在时间轴[t₀,t_f]上采用配点进行离散；

步骤B4：获得电力机车牵引力控制变量u^(k)(t)和对应的状态变量x^(k)(t)，并作为指令输出到第二阶段配点判断模块(25)；

步骤B5：判断第二阶段配点是否进行，如果已经进行第二阶段配点，则执行步骤B6，否则跳过步骤B6执行步骤B7；

步骤B6：将得到状态变量x^(k)(t)中的速度变量作为参考速度输出至参考速度曲线输出模块(27)；

步骤B7：通过第二阶段第一阶段常微分方程组正交配置模块(26)运行，得到新的控制变量正交配置配点个数和状态变量正交配置配点个数并将常微分方程组在时间轴[t₀,t_f]上采用新的配点进行离散，转向执行步骤B4。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述非线性规划问题求解模块(24)包括

寻优方向计算，用于计算满足梯度下降的方向变量d^(k)；

寻优步长求解，用于计算满足收敛性条件要求的步长α^(k)；

寻优修正，用于对目标函数J^(k)与上一次的目标函数J^(k-1)作差不满足减少要求的迭代点进行修正；

非线性规划问题收敛性判断，用于判断本次迭代得到的目标函数值是否满足收敛性要求，如果满足则停止，不满足则进入下一次迭代。