本發(fā)明涉及列車運(yùn)行控制，具體涉及一種基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在既有鐵路線路的基礎(chǔ)上，采用移動閉塞制式，縮短列車追蹤間隔，增加線路上列車運(yùn)行密度，提高線路運(yùn)輸效率，是解決與鐵路線路增速難以適應(yīng)鐵路運(yùn)輸需求快速增長矛盾的有效方案?；谝苿娱]塞制式的列車協(xié)同運(yùn)行控制則是縮短列車追蹤間隔的關(guān)鍵和核心。

2、列車協(xié)同運(yùn)行控制系統(tǒng)以移動閉塞、車車通信和自動駕駛為技術(shù)基礎(chǔ)，最大程度縮短列車追蹤間隔，提高線路運(yùn)輸效率。其中，車車通信通常需借助無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。然而，無線通信網(wǎng)絡(luò)具有時延和丟包的固有特性，將導(dǎo)致列車接收到的是過去的前后車運(yùn)行狀態(tài)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法及系統(tǒng)，針對無線通信延遲特性，補(bǔ)償通信延遲對列車協(xié)同運(yùn)行控制的影響，以解決上述背景技術(shù)中存在的至少一項(xiàng)技術(shù)問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法，包括：

4、考慮車車通信系統(tǒng)通信延遲時間，對列車的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)；

5、基于列車的實(shí)時估計(jì)狀態(tài)信息，根據(jù)列車相對距離制動模型，計(jì)算列車最小追蹤間隔；

6、考慮車車通信系統(tǒng)通信延遲時間，在列車最小追蹤間隔基礎(chǔ)上增加附加安全裕量，補(bǔ)償通信延遲對列車協(xié)同運(yùn)行控制的影響；

7、基于安全裕量，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，基于控制約束和控制目標(biāo)，形成列車優(yōu)化控制問題；

8、求解列車優(yōu)化控制問題，獲得控制列車運(yùn)行的加速度序列，并將序列第一項(xiàng)作用于列車，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制。

9、進(jìn)一步的，依據(jù)如下列車運(yùn)動學(xué)方程進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)：

10、

11、其中，si(t)，vi(t)，ai(t)分別為列車i在t時刻的位置、速度和加速度。

12、進(jìn)一步的，最小追蹤間隔計(jì)算模型如下：

13、

14、其中，dsm為安全裕量，為前行列車在第k個采樣時刻的速度估計(jì)值，和分別表示跟隨列車和前行列車的緊急制動減速度，且

15、進(jìn)一步的，附加安全裕量分為兩部分，一部分是針對當(dāng)前信息傳輸延遲時間τ的附加安全裕量另外一部分是針對在預(yù)測時域內(nèi)通信延遲的附加安全裕量具體如下：

16、

17、

18、其中，t為采樣周期，m表示預(yù)測時域內(nèi)的第m個預(yù)測周期，1≤m≤p。

19、進(jìn)一步的，基于安全裕量，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，基于控制約束和控制目標(biāo)，形成列車優(yōu)化控制問題，包括：

20、定義系統(tǒng)狀態(tài)為xi(k)＝[δsi(k),δvi(k)]t，其中δsi(k)＝si-1(k)-si(k)，δvi(k)＝vi-1(k)-vi(k)，則系統(tǒng)狀態(tài)空間模型為

21、xi(k+1)＝axi(k)+bui(k)

22、其中，ui(k)＝ai-1(k)-ai(k)，

23、

24、列車運(yùn)行速度介于0與最大限速之間，即

25、

26、其中，為列車的最大限速值；

27、列車的加速度介于緊急制動減速度和最大牽引加速度之間，即

28、

29、其中為最大減速度為最大牽引加速度(

30、

31、列車間隔不能小于最小追蹤間隔和附加安全裕量之和，即

32、

33、其中，為前行列車的估計(jì)位置；

34、考慮效率和能耗，代價(jià)函數(shù)表示為：

35、

36、其中，α和β為權(quán)重系數(shù)；

37、最小化追蹤間隔和能耗，則目標(biāo)函數(shù)表示為：

38、

39、進(jìn)一步的，求解列車優(yōu)化控制問題，得到跟隨列車的最優(yōu)控制序列

40、第二方面，本發(fā)明提供一種基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制系統(tǒng)，包括：

41、估計(jì)模塊，用于考慮車車通信系統(tǒng)通信延遲時間，對列車的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)；

42、計(jì)算模塊，用于基于列車的實(shí)時估計(jì)狀態(tài)信息，根據(jù)列車相對距離制動模型，計(jì)算列車最小追蹤間隔；

43、補(bǔ)償模塊，用于考慮車車通信系統(tǒng)通信延遲時間，在列車最小追蹤間隔基礎(chǔ)上增加附加安全裕量，補(bǔ)償通信延遲對列車協(xié)同運(yùn)行控制的影響；

44、構(gòu)建模塊，用于基于安全裕量，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，基于控制約束和控制目標(biāo)，形成列車優(yōu)化控制問題；

45、控制模塊，用于求解列車優(yōu)化控制問題，獲得控制列車運(yùn)行的加速度序列，并將序列第一項(xiàng)作用于列車，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制。

46、第三方面，本發(fā)明提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時，實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法。

47、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述處理器和所述存儲器相互通信，所述存儲器存儲有可被所述處理器執(zhí)行的程序指令，所述處理器調(diào)用所述程序指令執(zhí)行如第一方面所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法。

48、第五方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，處理器與存儲器連接，計(jì)算機(jī)程序被存儲在存儲器中，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計(jì)算機(jī)程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法的指令。

49、本發(fā)明有益效果：考慮列車協(xié)同運(yùn)行控制過程中車車無線通信延遲的特點(diǎn)，通過增加附加安全裕量，在有效減小列車間的追蹤間隔的同時，通過對增加附加安全裕量，補(bǔ)償通信延遲對列車運(yùn)行的影響，提供列車運(yùn)行的安全性，提高了線路的運(yùn)輸效率。

50、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)，將在下述的描述部分中更加明顯的給出，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法，其特征在于，依據(jù)如下列車運(yùn)動學(xué)方程進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法，其特征在于，最小追蹤間隔計(jì)算模型如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法，其特征在于，附加安全裕量分為兩部分，一部分是針對當(dāng)前信息傳輸延遲時間τ的附加安全裕量另外一部分是針對在預(yù)測時域內(nèi)通信延遲的附加安全裕量具體如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法，其特征在于，基于安全裕量，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，基于控制約束和控制目標(biāo)，形成列車優(yōu)化控制問題，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法，其特征在于，求解列車優(yōu)化控制問題，得到跟隨列車的最優(yōu)控制序列

7.一種基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法。

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括存儲器和處理器，所述處理器和所述存儲器相互通信，所述存儲器存儲有可被所述處理器執(zhí)行的程序指令，所述處理器調(diào)用所述程序指令執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法。

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：處理器、存儲器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，處理器與存儲器連接，計(jì)算機(jī)程序被存儲在存儲器中，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計(jì)算機(jī)程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法的指令。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于動態(tài)間隔模型的列車協(xié)同運(yùn)行預(yù)測控制方法及系統(tǒng)，屬于列車運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，基于列車的實(shí)時估計(jì)狀態(tài)信息，根據(jù)列車相對距離制動模型，計(jì)算列車最小追蹤間隔；考慮車車通信系統(tǒng)通信延遲時間，在列車最小追蹤間隔基礎(chǔ)上增加附加安全裕量，補(bǔ)償通信延遲對列車協(xié)同運(yùn)行控制的影響；基于安全裕量，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，基于控制約束和控制目標(biāo)，形成列車優(yōu)化控制問題；求解列車優(yōu)化控制問題，獲得控制列車運(yùn)行的加速度序列，并將序列第一項(xiàng)作用于列車，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制。本發(fā)明在有效減小列車間的追蹤間隔的同時，通過對增加附加安全裕量，補(bǔ)償通信延遲對列車運(yùn)行的影響，提供列車運(yùn)行的安全性，提高了線路的運(yùn)輸效率。

技術(shù)研發(fā)人員：吳道華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9