[发明专利]一种基于自触发机制的高速列车巡航运行控制方法

权利要求书

1.一种基于自触发机制的高速列车巡航运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：考虑列车运行过程中列车基本阻力参数的不确定性，建立列车运行过程动力学模型；

S2：根据步骤S1所建立的列车运行过程动力学模型，采集列车的实时位置和速度信息，并计算列车实时状态与跟踪状态之间的偏差，并基于偏差设计事件触发条件；

S3：在步骤S2的基础上，设计基于事件触发控制的状态反馈控制增益并计算控制输入以及事件触发条件中的事件触发参数σ；

S4：基于步骤S3得到的事件触发参数σ，计算执行时间τ*(x(t_k))，得出下一次需要重新计算控制输入的间隔时间；判断当前时刻是否到达了需要重新计算控制输入的时刻，当未到这一时刻时，对每辆列车施加已经计算得到的控制输入u(t)；否则重新采集列车状态并计算控制输入，进行循环，直至列车停车；

步骤S3的具体步骤为：

S31：初始化列车参数，计算基本阻力系数具体表达式如下所示：

其中，下标j表示第j项，c_j表示阻力系数中的固定量，△c_j(t)表示阻力系数中的时变量，μ_j表示时变量中的固定因素，表示时变量中的不确定因素，

S32：根据每节车厢实际的牵引/制动性能，设置控制约束u_i,min≤u_i(t)≤u_i,max；其中u_i,max和u_i,min分别表示第i节车厢的最大牵引/制动性能、最小牵引/制动性能，u_i(t)为第i节车厢的控制输入；

S33：求解线性矩阵不等式约束，获得鲁棒控制增益K＝YQ^-1和触发条件参数σ＝ε^-1；其中线性矩阵不等式约束方程为：

其中，Υ、Σ表示中间变量矩阵，Q表示正定矩阵，Y表示具有适当维数的任何矩阵，H表示正定矩阵，h_i表示单位矩阵的第i列，为一常数项；

γ＝AQ+QA^T+BY+Y^TB^T，

E表示和单位矩阵有关的矩阵，E₁、E₂表示不确定参数矩阵，表示标量，

△E₁是对角线上的元素都为μ₁的n阶对角阵，△E₂＝diag{μ₂ 0…0}_n×n，

其中ε，H，Q和Y为待求解参数，

通过求解以上线性矩阵不等式，获得标量ε0，正定矩阵Q和具有适当维数的任何矩阵Y，则获得鲁棒控制增益K；

S34：采集列车中车厢的实时速度v_i(t)和相对位移z_i(t)，并计算状态变量x(t_k)；

S35：计算控制输入u(t)＝Kx(t_k)；其中，K表示要设计的控制增益；

S36：基于状态变量x(t_k)，计算执行时间τ*(x(t_k))，具体表达式如下所示：

其中，β＝||A+△A||表示关于矩阵A+△A的范数，θ(x(t_k))、为关于x(t_k)的表达式，θ(x(t_k))＝(1+σ)^1/2||(A+△A+BK+ρD)x(t_k)||，ρ为一个常数，满足||w(t)||₂ρ||x(t)||₂；

步骤S4的具体步骤为：

S41：当t-t_kτ*(x(t_k))时，对每辆列车施加已经计算得到的控制输入u(t)；

S42：否则回到步骤S34重新采集列车系统状态并计算控制输入，进行循环，直至列车停车。