[发明专利]一种基于模型预测的虚拟重联高速列车追踪间隔控制方法

说明书

本发明提供一种基于模型预测的虚拟重联高速列车追踪间隔控制方法，通过建立考虑列车参数误差和运行不确定因素干扰下的列车纵向动力学模型，在虚拟重联模式下追踪列车内部采用“相对距离制动”模式进行追踪，建立高速列车安全制动模型，并计算虚拟重联高速列车期望追踪间隔，基于动态规划算法离线计算列车运行优化曲线，并将其作为模型预测控制算法的参考曲线；设计适用于高速列车的分布式模型预测控制器，将虚拟重联列车的运行控制过程转换为有约束的优化控制问题，根据前车与后车的制动距离，针对领导列车和跟随列车分别建立不同的预测模型、目标函数和约束条件，在每个采样时刻，求解优化问题得到控制量，实现完整的间隔控制过程。

技术领域

本发明涉及高铁运行信号控制技术领域，尤其涉及一种基于模型预测的虚拟重联高速列车追踪间隔控制方法。

背景技术

截至2021年底，中国高速铁路运营里程已突破4万公里，我国已形成了世界范围内最大且唯一的高速铁路运营网络。

高速铁路安全可靠、乘坐舒适、运输高效、环境友好，在推进经济建设、加快碳中和进程、促进城市协调发展和服务旅客运营等方面发挥重要的支撑和引领作用，是国内公众中长距离出行的首选交通方式。在我国高速铁路网初具规模的同时，客运需求也日益增长，列车高速度、高密度追踪运行已成为高速铁路运营管理的新常态，铁路线路运载能力有待进一步提升。因此，在加快高速铁路建设的同时，如何从运行控制角度进一步提升现有高速铁路运输能力和运营质量，是当前高速铁路面临的主要问题之一。

列车运行控制系统是实现安全行车与高效运营的重要保证。现有列控系统闭塞方式下，列车追踪间隔大，轨道资源利用率低，高速列车虚拟重联的闭塞方式通过车车通信实现多列车虚拟重联运行，具有编组配置灵活，轨道资源利用率高等优势，具有重要的研究意义与应用价值。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于模型预测的虚拟重联高速列车追踪间隔控制方法，用于解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于模型预测的虚拟重联高速列车追踪间隔控制方法，包括：

S1基于列车参数误差和不确定因素干扰，构建列车纵向动力学模型；

S2基于列车纵向动力学模型，在虚拟重联模式下的相对距离制动模式追踪列车内部，获取列车制动数据，建立高速列车安全制动模型，并通过高速列车安全制动模型计算虚拟重联高速列车期望追踪间隔；

S3根据获取的线路数据，考虑列车参数M、a、b、c和外部干扰G已知的情况下，

通过动态规划算法离线计算列车运行参考曲线；

S4通过模型预测控制算法，设定高速列车的被控量，建立列车状态方程和列车运行预测模型；

S5根据步骤S1至S4的执行结果，将领导列车的控制优化目标设定为：在满足状态和输入约束前提下，列车的运行速度最大，并建立领导列车目标函数和约束条件；

S6根据步骤S5设定的领导列车的控制优化目标，将跟随列车的控制优化目标设定为：在满足安全限速条件下，与领导列车之间速度差尽可能小、与领导列车间的运行追踪间隔尽可能接近期望间隔，建立跟随列车目标函数和约束条件；

S7根据步骤S1至S4的执行结果，在每个采样时刻，通过模型预测控制器求解领导列车的控制优化目标和跟随列车的控制优化目标得到控制量，对列车进行间隔控制。

优选地，步骤S1包括：

S11令i是虚拟重联模式下编队内的第i列列车，通过式