[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

说明书

本发明提供了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。该方法包括：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。本发明有效地解决乘客乘车舒适性问题以及列车运行安全和运行效率问题，为进一步提升乘车舒适性和对多列车编队提供了发展方向。实现对自动驾驶列车舒适性的精准控制，提高列车运行效率。

技术领域

本发明涉及列车自动控制技术领域，尤其涉及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。

背景技术

传统的自动驾驶列车控制系统，采用经典牛顿力学方程建立二阶动力学模型，直接对速度进行控制，控制方法简单高效。但是控制策略中不包含对急动度的控制，无法有效满足乘客的高舒适性要求。对于多列车的控制，基于发车间隔的控制无法保障安全性，而基于移动闭塞原理需要在控制指挥中心对列车进行数据的收集和控制，控制的效率有待提高。

NTSM(hybrid nonsingular terminal sliding mode,非奇异终端滑模控制)方法是在滑模控制的基础上不断改进得到的控制方法。由于滑模控制本身的相应快和对扰动的不敏感，加上非奇异终端滑模控制方法具有在有限时间收敛和不存在奇异问题等优点，使得该控制方法在自动驾驶列车系统的控制领域有非常广泛的应用。而高阶非奇异终端滑模控制方法通过在滑动超平面的设计中引入非线性函数，其中包含列车的运行急动度，能够保证在滑模面上跟踪误差，能够在有限时间内收敛到零，同时避免奇异值的产生。

人体舒适度的最佳表征体现在加速度的导数(加加速度或急动度)上，通过设计一种将包含加速度导数的高阶控制器对列车进行控制，能够更好的保证列车的人体舒适度。加加速度在车辆、电梯以及许多机械装置中的运动工件等日常生活和工程问题中有涉及。人体对力的承受能力有一定限度，因而对加速度的承受也需要控制在一定范围内。一般地说，当加速度比重力加速度小几倍时，人体基本能够忍受，根据实际测试结果，对于运行中汽车，普通乘客在a≤1.8m/s²时感觉不显著，当加速度达到3.6m/s²时，能够感受到但尚可忍受，当加速度达到5m/s²时，达到难以忍受的地步。不仅如此，如果加速度值变化过快，会形成冲击力，因此，人对加加速度的也有一定承受范围。根据实测数据，人体可忍受的最大加加速度约在0.4-1m/s³，在铁路运输设计过程中，通常控制将其控制在0.3-0.5m/s³。

目前，现有技术中的运用多列车的列车发车间隔控制列车运行间隔，安全性得不到保障。随着城市轨道交通的发展，移动闭塞原理在城轨列车系统中得到了越来越广泛的应用。

列车自动驾驶系统采用ATP(Automatic Train Protection，列车自动保护)系统进行传输列车之间的数据信息，通过地面列车自动监控(ATS，Automatic TrainSupervision)传输列车的控制量存在两个问题，一是传输控制带来的延迟问题，二是列控中心的计算量巨大。

发明内容

本发明的实施例提供了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，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

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，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；