本發(fā)明涉及高速列車運(yùn)行控制，尤其涉及一種切換拓?fù)湎露嗔熊嚲庩?duì)容錯(cuò)控制方法。

背景技術(shù)：

1、為了提升鐵路運(yùn)輸?shù)男屎涂煽啃?，列車編?duì)運(yùn)行控制已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。通過(guò)有效的編隊(duì)控制，列車之間可以實(shí)現(xiàn)精確的距離保持和速度同步，從而提高列車運(yùn)行的安全性和效率。然而，列車編隊(duì)運(yùn)行控制面臨著多種挑戰(zhàn)，其中之一是列車的執(zhí)行器可能發(fā)生故障，這會(huì)直接影響列車的運(yùn)行狀態(tài)和編隊(duì)的安全。

2、為了保證列車編隊(duì)的安全，控制算法需要確保列車之間的間隔嚴(yán)格處于安全范圍內(nèi)。在這種情況下，預(yù)設(shè)性能控制成為了一種有效的方法。預(yù)設(shè)性能控制能夠通過(guò)設(shè)定預(yù)設(shè)的性能邊界來(lái)限制系統(tǒng)的誤差響應(yīng)，確保列車之間的安全間隔，即使在執(zhí)行器發(fā)生故障的情況下也能保持列車編隊(duì)的穩(wěn)定性。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，列車控制系統(tǒng)還面臨著通信拓?fù)淝袚Q的挑戰(zhàn)。在運(yùn)行期間，由于列車經(jīng)過(guò)不同地理區(qū)域的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和信號(hào)強(qiáng)度可能會(huì)有所不同，或者因?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差，列車的跟蹤誤差會(huì)發(fā)生跳變，導(dǎo)致列車狀態(tài)安全約束失效，從而使系統(tǒng)存在奇點(diǎn)。這將使跟蹤誤差的收斂難以保證，并可能影響列車的運(yùn)行安全。盡管基于預(yù)設(shè)性能的列車安全和保護(hù)控制已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但考慮變拓?fù)淝袚Q的高精度編隊(duì)控制目前還沒(méi)有成熟的理論體系。

3、綜上所述，如何在可變通信拓?fù)湎聦?shí)現(xiàn)列車的高精度的編隊(duì)控制和安全平穩(wěn)運(yùn)行，研究切換拓?fù)湎露嗔熊嚲庩?duì)容錯(cuò)控制方法是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

2、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)、不足，本發(fā)明提供一種切換拓?fù)湎露嗔熊嚲庩?duì)容錯(cuò)控制方法，其解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在著的如何在可變通信拓?fù)湎聦?shí)現(xiàn)列車的高精度的編隊(duì)控制和安全平穩(wěn)運(yùn)行的技術(shù)問(wèn)題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

5、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種切換拓?fù)湎露嗔熊嚲庩?duì)容錯(cuò)控制方法，包括：在考慮多列車編隊(duì)中的列車受到運(yùn)行阻力且存在執(zhí)行器故障的情況下，建立多列車編隊(duì)中的第i輛列車的縱向動(dòng)力學(xué)模型；其中，縱向動(dòng)力學(xué)模型包括第i輛列車的實(shí)時(shí)位置和第i輛列車的實(shí)時(shí)速度；基于給定的已知編隊(duì)目標(biāo)參考曲線和第i輛列車的實(shí)時(shí)位置，計(jì)算得到第i輛列車的編隊(duì)位置追蹤誤差信號(hào)，并針對(duì)編隊(duì)位置追蹤誤差信號(hào)，設(shè)計(jì)具有脈沖性能的位置復(fù)位性能函數(shù)，以及對(duì)編隊(duì)位置追蹤誤差信號(hào)和位置復(fù)位性能函數(shù)進(jìn)行非線性變換，計(jì)算得到第i輛列車的位置耦合預(yù)設(shè)性能約束誤差變量；基于給定的已知編隊(duì)目標(biāo)參考曲線和第i輛列車的實(shí)時(shí)速度，計(jì)算得到第i輛列車的編隊(duì)速度追蹤誤差信號(hào)，并根據(jù)編隊(duì)位置追蹤誤差信號(hào)、位置復(fù)位性能函數(shù)和編隊(duì)速度追蹤誤差信號(hào)，設(shè)計(jì)具有脈沖性能的速度復(fù)位性能函數(shù)，以及對(duì)編隊(duì)速度追蹤誤差信號(hào)和速度復(fù)位性能函數(shù)進(jìn)行非線性變換，計(jì)算得到第i輛列車的速度耦合預(yù)設(shè)性能約束誤差變量；基于位置耦合預(yù)設(shè)性能約束誤差變量，設(shè)計(jì)第i輛列車的虛擬控制律，并基于位置耦合預(yù)設(shè)性能約束誤差變量、速度耦合預(yù)設(shè)性能約束誤差變量和虛擬控制律，對(duì)第i輛列車進(jìn)行切換拓?fù)湎露嗔熊嚲庩?duì)容錯(cuò)控制。

6、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，編隊(duì)位置追蹤誤差信號(hào)的計(jì)算表達(dá)式為：

7、

8、式中，表示t時(shí)刻的編隊(duì)位置追蹤誤差信號(hào)；ai，0(t)表示在t時(shí)刻第i輛列車是否可以接收已知編隊(duì)目標(biāo)參考曲線；pi(t)表示第i輛列車在t時(shí)刻的實(shí)時(shí)位置；pd，i(t)表示第i輛列車在t時(shí)刻的參考位置，并且參考位置是基于給定的已知編隊(duì)目標(biāo)參考曲線確定的；sd，i表示第i輛列車的實(shí)時(shí)位置與參考位置的期望距離差；n表示多列車編隊(duì)中所有列車的數(shù)量；ai，j(t)表示第i輛列車和多列車編隊(duì)中的第j輛列車是否存在通信連接；pj(t)表示第，輛列車在t時(shí)刻的實(shí)時(shí)位置；si，j表示第i輛列車與第，輛列車的期望距離差。

9、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，位置復(fù)位性能函數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為：

10、

11、式中，表示位置復(fù)位性能函數(shù)qp，i(t)的導(dǎo)數(shù)；x1和x2均為正常數(shù)；表示第i輛列車的位置復(fù)位性能函數(shù)的設(shè)計(jì)參數(shù)，且其為正常數(shù)；tk表示第k次拓?fù)淝袚Q時(shí)刻；δqp，i(k)表示在t＝tk拓?fù)浒l(fā)生切換時(shí)刻第i輛列車位置復(fù)位性能函數(shù)的跳變量；為大于1的正數(shù)；δep，i(k)表示第i輛列車的編隊(duì)位置追蹤誤差信號(hào)的突變值。

12、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，編隊(duì)速度追蹤誤差信號(hào)的計(jì)算表達(dá)式如下：

13、

14、式中，表示t時(shí)刻的編隊(duì)速度追蹤誤差信號(hào)；ai，0(t)表示在t時(shí)刻第i輛列車是否可以接收已知編隊(duì)目標(biāo)參考曲線；vi(t)表示第i輛列車在t時(shí)刻的實(shí)時(shí)速度；vd，i(t)表示第i輛列車在t時(shí)刻的參考速度，并且參考速度是基于給定的已知編隊(duì)目標(biāo)參考曲線確定的；n表示多列車編隊(duì)中所有列車的數(shù)量；ai，j(t)表示第i輛列車和多列車編隊(duì)中的第，輛列車是否存在通信連接；vj(t)表示第，輛列車在t時(shí)刻的實(shí)時(shí)速度；此式中的αi(t)表示在t時(shí)刻第i輛列車的待設(shè)計(jì)的虛擬控制律。

15、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，速度復(fù)位性能函數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為：

16、

17、式中，表示速度復(fù)位性能函數(shù)qv，i(t)的導(dǎo)數(shù)；x3為正常數(shù)；表示第i輛列車的速度復(fù)位性能函數(shù)的設(shè)計(jì)參數(shù)，且其為正常數(shù)；表示t時(shí)刻的編隊(duì)位置追蹤誤差信號(hào)；qp，i(t)表示位置復(fù)位性能函數(shù)；δqv，i(k)表示在t＝tk拓?fù)浒l(fā)生切換時(shí)刻第i輛列車速度復(fù)位性能函數(shù)的跳變量；為大于1的正數(shù)；δev，i(k)表示第i輛列車的編隊(duì)速度追蹤誤差信號(hào)的突變值。

18、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，第i輛列車的虛擬控制律的計(jì)算表達(dá)式為：

19、αi(t)＝-k1(ψp，i3(t)+ψp，i(t))；

20、式中，此式中的αi(t)表示第i輛列車的虛擬控制律；k1為正常數(shù)；ψp，i(t)表示第i輛列車在t時(shí)刻的位置耦合預(yù)設(shè)性能約束誤差變量。

21、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，通過(guò)如下公式對(duì)第i輛列車進(jìn)行切換拓?fù)湎露嗔熊嚲庩?duì)容錯(cuò)控制：

22、

23、式中，τi(t)表示用于進(jìn)行切換拓?fù)湎露嗔熊嚲庩?duì)容錯(cuò)控制器；為第一未知參數(shù)μi(t)的估計(jì)值，且第一未知參數(shù)μi(t)滿足：且μi和均為正常數(shù)；k2為正常數(shù)；為第二未知參數(shù)m1，i(t)的估計(jì)值，且第二未知參數(shù)m1，i(t)滿足：且m1，i和均為正常數(shù)；為第三未知參數(shù)m2，i(t)的估計(jì)值，且第三未知參數(shù)m2，i(t)滿足：且m2，i和均為正常數(shù)；ψv，i(t)表示速度耦合預(yù)設(shè)性能約束誤差變量；ai，j(t)表示第i輛列車和多列車編隊(duì)中的第j輛列車是否存在通信連；ai，0(t)表示在t時(shí)刻第i輛列車是否可以接收已知編隊(duì)目標(biāo)參考曲線；bi(t)表示在t時(shí)刻第i輛列車運(yùn)行時(shí)所受運(yùn)行阻力；表示vj(t)的導(dǎo)數(shù)；表示vd，i(t)的導(dǎo)數(shù)。

24、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，的自適應(yīng)參數(shù)更新律的計(jì)算表達(dá)式如下：

25、

26、式中，表示將投影到的范圍中；g1和σi均為正常數(shù)；表示t時(shí)刻的編隊(duì)速度追蹤誤差信號(hào)；qv，i(t)表示速度復(fù)位性能函數(shù)。

27、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，的自適應(yīng)參數(shù)更新律為：

28、

29、式中，表示將投影到的范圍中；g2為正常數(shù)。

30、在一個(gè)可能的實(shí)施例中，的的自適應(yīng)參數(shù)更新律為：

31、

32、式中，g3為正常數(shù)。

33、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種存儲(chǔ)介質(zhì)，該存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器運(yùn)行時(shí)執(zhí)行第一方面或第一方面的任一可選的實(shí)現(xiàn)方式所述的方法。

34、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲(chǔ)器和總線，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有所述處理器可執(zhí)行的機(jī)器可讀指令，當(dāng)所述電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述處理器與所述存儲(chǔ)器之間通過(guò)總線通信，所述機(jī)器可讀指令被所述處理器執(zhí)行時(shí)執(zhí)行第一方面或第一方面的任一可選的實(shí)現(xiàn)方式所述的方法。

35、第四方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行第一方面或第一方面的任意可能的實(shí)現(xiàn)方式中的方法。

36、(三)有益效果

37、本發(fā)明的有益效果是：

38、本技術(shù)實(shí)施例提供了一種切換拓?fù)湎露嗔熊嚲庩?duì)容錯(cuò)控制方法，該方法考慮列車編隊(duì)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的執(zhí)行器故障和通信拓?fù)浒l(fā)生切換的情況，根據(jù)列車的狀態(tài)信息和通過(guò)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)獲得鄰接列車的狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新對(duì)未知故障參數(shù)的更新，并設(shè)計(jì)具有脈沖性能的位置和速度復(fù)位性能函數(shù)使列車的預(yù)設(shè)性能邊界始終保持在允許的安全范圍內(nèi)，確保列車在編隊(duì)運(yùn)行過(guò)程中的安全性。利用非線性誤差轉(zhuǎn)換技術(shù)，使列車的追蹤誤差被約束在預(yù)先設(shè)定的復(fù)位性能函數(shù)邊界內(nèi)，可以保證在執(zhí)行器故障和通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生切換的情況下，保證編隊(duì)列車的追蹤精度和安全運(yùn)行。

39、為使本技術(shù)實(shí)施例所要實(shí)現(xiàn)的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。