[发明专利]面向乘客舒适性的多自动驾驶列车分布式协同控制方法

权利要求书

1.一种面向乘客舒适性的多自动驾驶列车分布式协同控制方法，其特征在于，包括：

基于列车二阶物理模型通过求导得到包含列车急动度项的方程，根据所述包含列车急动度项的方程建立列车的高阶动力学模型；

利用所述高阶动力学模型通过高阶非奇异终端滑模控制方法构建列车的面向乘客舒适性的控制模型；

利用所述列车的面向乘客舒适性的控制模型运用分布式协同控制方法，使用高阶非奇异终端滑模控制方法对多列车进行跟踪控制；

所述的基于列车二阶物理模型通过求导得到包含列车急动度项的方程，根据所述包含列车急动度项的方程建立列车的高阶动力学模型，包括：

列车的二阶物理模型为：

其中，m为列车质量；v(t)为列车速度；p(t)为列车位置；F(t)为列车牵引力和制动力；f₁(v(t))为列车基本运行阻力；f₂(v(t),p(t),t)为列车额外运行阻力,其中列车基本运行阻力f₁(v(t))由戴维斯方程描述为：

f₁＝w₀+w₁v+w₂v² (2)

其中的w₀,w₁,w₂是根据列车实际运行环境得到的经验数据；

根据列车的二阶物理模型建立列车的带有位移的三阶导数动力学模型，在二阶物理模型中加入求导项，设定额外运行阻力对时间的导数为零，通过计算得到列车的三阶导数动力学模型如下：

式中w₁,w₂针对不同列车车型取不同数值，具体参照列车牵引计算规程；

所述的利用所述高阶动力学模型通过高阶非奇异终端滑模控制方法构建面向乘客舒适性的控制模型，包括：

在所述列车的三阶导数动力学模型的基础上，选取其中的作为待设计的控制输入，得到面向乘客舒适性的列车的控制模型为：

所述的利用所述列车的面向乘客舒适性的控制模型运用分布式协同控制方法，使用高阶非奇异终端滑模控制方法对多列车进行跟踪控制，包括：

将每一个列车看作是一个节点，并对各个节点进行编号，得到节点集V＝{1,2,3......N}，对于列车(i,j)，若i与j为相邻数，则称i与j互为邻居，表示第i个列车和第j个列车之间的连接状态，如果列车i与列车j之间的通信链路是无向的，则a_ij＝a_ji，如果列车i和j能够访问彼此的信息，则a_ij＝a_ji＞0，否则，a_ij＝a_ji＝0；在跟踪问题中，引入b_i来表示列车i和目标的连接状态，如果跟踪列车i能够访问目标的信息，则b_i＞0，否则，b_i＝0；

根据分布式列车协同控制方法，在得到相邻列车的运行数据信息后，列车的跟踪误差e表示为：

其中i大于1，表示列车序号，x_p,x_v,x_a分别表示列车的位移速度和加速度信息，d表示相邻列车需要保留的位移安全余量；

采用函数映射原理，将跟踪误差处理为：

其中t_i为第i个列车启动时刻，e为自然常数，当运行时间t等于列车启动时刻t_i时，列车跟踪误差由一个较大值映射为0，当t逐渐增大，会随时间衰减到0，不影响最终列车的跟踪，Δ为一个具体数值，是误差映射过程的调节参数，反应的是随时间衰减的快慢程度；

在列车误差经过处理的基础上，第i个列车设计的线性滑模函数为：

其中β₁,β₂均为正参数，于是，二阶非线性滑模函数表达为：

其中γ为正参数，p,q均为正奇参数且满足1＜p/q＜2，这样设计的控制量中包含列车位移的三阶导数，得到列车的面向乘客舒适性的非奇异终端滑模控制模型为：

其中f(x₀)为列车跟踪信息中的急动度初始数据；

其中：

当时，这样的设计能够保证的连续性，从而保证设计的控制模型的连续性；当时，根据洛必达法则，当时收敛时间被最终估计为T≤T_r+T_s，其中

在对多列车进行跟踪控制过程中，基于所述控制模型使用高阶非奇异终端滑模控制方法对各个列车的加速度进行控制。