本技術(shù)涉及列車運(yùn)行優(yōu)化領(lǐng)域，特別是涉及一種非匹配擾動(dòng)下高速列車群組鏈?zhǔn)絽f(xié)同控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、構(gòu)建多智能體系統(tǒng)是提升運(yùn)輸資源效率、增強(qiáng)列車運(yùn)行效能的有效策略，這一領(lǐng)域已經(jīng)吸引了廣泛關(guān)注和重視。在繁忙復(fù)雜的鐵路網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩列或更多火車需要緊密接近時(shí)，它們之間可能會(huì)產(chǎn)生相互干擾。

2、目前，國(guó)內(nèi)外眾多研究者已在多個(gè)高速列車系統(tǒng)的控制領(lǐng)域取得了一系列成果，并提出了諸多具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的算法。盡管如此，現(xiàn)有的研究主要集中在構(gòu)建理想狀態(tài)下的系統(tǒng)模型，而未能充分考慮列車在真實(shí)運(yùn)行環(huán)境中可能遭遇的干擾問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種非匹配擾動(dòng)下高速列車群組鏈?zhǔn)絽f(xié)同控制方法及系統(tǒng)，可減小高速列車運(yùn)行過(guò)程中因非匹配干擾而導(dǎo)致的跟蹤誤差。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種非匹配擾動(dòng)下高速列車群組鏈?zhǔn)絽f(xié)同控制方法，包括：

4、獲取高速列車群組中各列車在運(yùn)行過(guò)程中受到的基本運(yùn)行阻力和外部擾動(dòng)；所述外部擾動(dòng)包括匹配干擾和非匹配干擾。

5、根據(jù)所述基本運(yùn)行阻力，構(gòu)建各所述列車的動(dòng)力學(xué)模型和高速列車群組編隊(duì)的通信拓?fù)洹?/p>

6、當(dāng)設(shè)定所述列車不存在外部擾動(dòng)時(shí)，基于所述動(dòng)力學(xué)模型和所述通信拓?fù)?，?gòu)建第一分布式控制協(xié)議。

7、基于所述第一分布式控制協(xié)議，在添加匹配干擾和非匹配干擾的狀況下，構(gòu)建第二分布式控制協(xié)議。

8、根據(jù)所述第二分布式控制協(xié)議，基于約束條件和干擾補(bǔ)償，構(gòu)建具有前饋補(bǔ)償項(xiàng)的復(fù)合分布式積分滑?？刂茀f(xié)議，完成高速列車群組鏈?zhǔn)絽f(xié)同控制；所述約束條件為針對(duì)列車運(yùn)行速度函數(shù)的飽和約束算子；所述干擾補(bǔ)償為通過(guò)干擾觀測(cè)器觀測(cè)所述列車所受干擾并主動(dòng)進(jìn)行干擾得到的干擾補(bǔ)償。

9、可選的，所述列車的動(dòng)力學(xué)模型為：

10、

11、其中，xi(t)和vi(t)分別表示第i個(gè)智能體在t時(shí)刻的位置和速度，智能體包括領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者，表示第i個(gè)智能體在t時(shí)刻的位置的一階導(dǎo)數(shù)，表示第i個(gè)智能體在t時(shí)刻的速度的一階導(dǎo)數(shù)，ui(t)表示第i個(gè)智能體在t時(shí)刻的控制輸入，i＝{1,2,···,n,n+1,···,n+m}，n表示跟隨者的數(shù)量，m表示領(lǐng)導(dǎo)者的數(shù)量，跟隨者集合和領(lǐng)導(dǎo)者集合分別表示為：f＝{1,2,···,n}，l＝{n+1,···,n+m}；當(dāng)控制輸入不恒為0時(shí)，表示列車做變速運(yùn)動(dòng)。

12、可選的，所述高速列車群組編隊(duì)的通信拓?fù)錇椋?/p>

13、gn+m＝(vn+m,en+m,an+m)。

14、其中，gn+m表示通信拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)的權(quán)重連接矩陣，v＝{v1,v2,…,vn,vn+1,…vn+m}表示所有節(jié)點(diǎn)的集合，表示通信拓?fù)渲羞叺募?，an+m是gn+m的鄰接矩陣，下標(biāo)m+n表示跟隨者數(shù)量和領(lǐng)導(dǎo)者數(shù)量的加和。

15、可選的，當(dāng)設(shè)定所述列車不存在外部擾動(dòng)時(shí)，基于所述動(dòng)力學(xué)模型和所述通信拓?fù)?，?gòu)建第一分布式控制協(xié)議，具體包括：

16、設(shè)定所述列車不存在外部擾動(dòng)。

17、根據(jù)公式確定不存在外部擾動(dòng)時(shí)跟隨者的跟蹤誤差；表示第i個(gè)跟隨者的位置跟蹤誤差，表示第i個(gè)跟隨者的速度跟蹤誤差，xi表示第i個(gè)跟隨者的位置，xj表示第j個(gè)跟隨者的位置，vi表示第i個(gè)跟隨者的速度，vj表示第j個(gè)跟隨者的速度，aij為表示節(jié)點(diǎn)i和j之間的連接權(quán)值。

18、基于所述跟蹤誤差，構(gòu)建所述第一分布式控制協(xié)議。

19、可選的，所述第一分布式控制協(xié)議的公式表達(dá)式為：

20、

21、其中，ui表示第i個(gè)跟隨者的控制輸入，k1、k2為控制增益，k1>0、k2＞0，α1、α2為正常數(shù)，0＜α1＜1，α2＝2α1/(α1+1)。

22、可選的，基于所述第一分布式控制協(xié)議，在添加匹配干擾和非匹配干擾的狀況下，構(gòu)建第二分布式控制協(xié)議，具體包括：

23、在所述列車的動(dòng)力學(xué)模型中添加匹配干擾和非匹配干擾，得到跟隨者動(dòng)力學(xué)模型和領(lǐng)導(dǎo)者動(dòng)力學(xué)模型其中，di1(t)和di2(t)分別表示t時(shí)刻匹配干擾和非匹配干擾；i∈f＝{1,2,···,n}，n代表跟隨者的數(shù)量；x0(t)和v0(t)分別表示t時(shí)刻領(lǐng)導(dǎo)者的位置和速度，u0(t)表示t時(shí)刻領(lǐng)導(dǎo)者的控制輸入；和分別為x0(t)和v0(t)的一階導(dǎo)數(shù)。

24、在不存在外部擾動(dòng)時(shí)跟隨者的跟蹤誤差中加入微分環(huán)節(jié)，得到更新后的跟蹤誤差其中，和分別表示第i個(gè)跟隨者t時(shí)刻的更新后的位置跟蹤誤差和更新后的速度跟蹤誤差；和表示列車在作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置跟蹤誤差和速度跟蹤誤差；ku和kd是微分環(huán)節(jié)增益；表示跟隨者t時(shí)刻位置的一階導(dǎo)數(shù)，表示跟隨者t時(shí)刻速度的一階導(dǎo)數(shù)。

25、根據(jù)跟隨者動(dòng)力學(xué)模型和領(lǐng)導(dǎo)者動(dòng)力學(xué)模型，基于更新后的跟蹤誤差，對(duì)列車運(yùn)行軌跡進(jìn)行跟蹤，并確定第二分布式控制協(xié)議。

26、可選的，所述第二分布式控制協(xié)議的公式表達(dá)式為：

27、

28、式中，ui表示第i個(gè)跟隨者的控制輸入，k1、k2為控制增益，k1>0、k2＞0，α1、α2為正常數(shù)，0＜α1＜1，α2＝2α1/(α1+1)。

29、可選的，所述具有前饋補(bǔ)償項(xiàng)的復(fù)合分布式積分滑?？刂茀f(xié)議的公式表達(dá)式為：

30、

31、式中，k0＞0、k1＞0、k2＞0，表示干擾觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)速度的估計(jì)值，表示干擾觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)所受干擾的估計(jì)值，i∈f，sj為系統(tǒng)的積分滑模面，dτ表示對(duì)時(shí)間進(jìn)行求導(dǎo)。

32、第二方面，本技術(shù)提供了一種非匹配擾動(dòng)下高速列車群組鏈?zhǔn)絽f(xié)同控制系統(tǒng)，包括：

33、信息獲取模塊，用于獲取高速列車群組中各列車在運(yùn)行過(guò)程中受到的基本運(yùn)行阻力和外部擾動(dòng)；所述外部擾動(dòng)包括匹配干擾和非匹配干擾。

34、模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述基本運(yùn)行阻力，構(gòu)建各所述列車的動(dòng)力學(xué)模型和高速列車群組編隊(duì)的通信拓?fù)洹?/p>

35、第一控制協(xié)議構(gòu)建模塊，用于當(dāng)設(shè)定所述列車不存在外部擾動(dòng)時(shí)，基于所述動(dòng)力學(xué)模型和所述通信拓?fù)?，?gòu)建第一分布式控制協(xié)議。

36、第二控制協(xié)議構(gòu)建模塊，用于基于所述第一分布式控制協(xié)議，在添加匹配干擾和非匹配干擾的狀況下，構(gòu)建第二分布式控制協(xié)議。

37、協(xié)同控制模塊，用于根據(jù)所述第二分布式控制協(xié)議，基于約束條件和干擾補(bǔ)償，構(gòu)建具有前饋補(bǔ)償項(xiàng)的復(fù)合分布式積分滑模控制協(xié)議，完成高速列車群組鏈?zhǔn)絽f(xié)同控制；所述約束條件為針對(duì)列車運(yùn)行速度函數(shù)的飽和約束算子；所述干擾補(bǔ)償為通過(guò)干擾觀測(cè)器觀測(cè)所述列車所受干擾并主動(dòng)進(jìn)行干擾得到的干擾補(bǔ)償。

38、可選的，所述第一控制協(xié)議構(gòu)建模塊中第一分布式控制協(xié)議的公式表達(dá)式為：

39、

40、其中，ui表示第i個(gè)跟隨者的控制輸入，k1、k2為控制增益，k1>0、k2＞0，α1、α2為正常數(shù)，0＜α1＜1，α2＝2α1/(α1+1)，表示第i個(gè)跟隨者的位置跟蹤誤差，表示第i個(gè)跟隨者的速度跟蹤誤差。

41、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：

42、本技術(shù)提供的一種非匹配擾動(dòng)下高速列車群組鏈?zhǔn)絽f(xié)同控制方法及系統(tǒng)，該方法能夠獲取列車群中各列車在運(yùn)行過(guò)程中遭遇的基本運(yùn)行阻力和外部擾動(dòng)，其中外部擾動(dòng)包括匹配干擾與非匹配干擾。通過(guò)分析基本運(yùn)行阻力，構(gòu)建了各列車的動(dòng)力學(xué)模型以及高速列車群組編隊(duì)的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在假定列車不受外部擾動(dòng)的情況下，基于動(dòng)力學(xué)模型和通信拓?fù)?，設(shè)計(jì)了第一分布式控制協(xié)議。隨后，在考慮匹配干擾和非匹配干擾的情況下，進(jìn)一步構(gòu)建了第二分布式控制協(xié)議。基于第二分布式控制協(xié)議，并結(jié)合約束條件與干擾補(bǔ)償，提出了一個(gè)包含前饋補(bǔ)償項(xiàng)的復(fù)合分布式積分滑?？刂茀f(xié)議，以實(shí)現(xiàn)高速列車群組的鏈?zhǔn)絽f(xié)同控制。本技術(shù)通過(guò)引入車輛編隊(duì)控制策略，考慮了列車在運(yùn)行途中可能遭遇的匹配干擾和非匹配干擾，確保列車能夠以期望的巡航速度和安全距離行駛，同時(shí)保障整個(gè)高速列車系統(tǒng)的安全與高效運(yùn)行。本技術(shù)基于多智能體系統(tǒng)和車輛編隊(duì)控制的理論，提供了一種積分滑模控制協(xié)議，可用于解決高速列車組在非匹配干擾條件下運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的鏈?zhǔn)讲环€(wěn)定問(wèn)題。