動車組制動過程多模型自適應pid控制的製作方法

2023-06-10 14:27:21 3

專利名稱：動車組制動過程多模型自適應pid控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及動車組制動過程建模與控制方法，屬動車組制動過程監測與自動控制技術領域。
背景技術：
鐵路運輸在我國社會經濟發展中發揮著極其關鍵的作用。客運列車高速化是提高鐵路運輸能力的重要組成部分之一，動車組成為我國高速鐵路發展的重要交通工具。動車組制動過程具有非線性特性，隨著其制動初始速度的不斷增大和旅客要求的提高，同時對動車組的安全可靠制動提出了更高的要求，如何對其制動過程建立有效的模型和確定正確的控制策略，對確保動車組安全、準確的制動具有重要的現實意義。目前，大多數列車控制方法的討論是基於以力作為控制量的數學模型，而這種模型忽略了控制力產生的動態過程，並且隨著速度增大，模型產生的誤差越大，而動車組制動更是要求在儘量短的距離下使高速運行下的列車安全準點的停車，因此不能準確反映動車組的動力學特性。相關文獻針對城軌列車制動系統提出了適合控制器設計的制動模型，該模型能夠較好地描述城軌列車制動系統的動態特性，但是該模型是基於制動級別和目標加速度之間的線性關係，而動車組制動級別和目標加速度是非線性關係的，所以該模型在一定程度上不適用於描述動車組制動過程。相關文獻結合城市軌道交通列車自動駕駛系統實測數據，對列車制動模型進行研究，綜合應用模型選擇技術、專家經驗和優化技術，確定了列車制動模型以及制動率和制動減速度之間的函數關係，但是該模型是基於速度線性下降，制動減速度基本保持不變，而動車組的制動減速度並不是恆定的。相關文獻針對高速列車的快速、準確、舒適停車問題，提出帶有舒適度約束條件的模糊預測-PID複合控制方法。但是該方法是基於高速列車制動過程的機理模型，假設基本阻力是恆定的，忽略了阻力是隨著速度的變化而變化的情況。

發明內容
本發明的目的是，對複雜的動車組制動過程建立有效的多模型描述，基於多模型切換策略選擇任一時刻最佳局部模型，並採用模糊自適應PID算法對動車組制動過程進行控制，實現高效安全正點運行。本發明的技術方案是:本發明根據採集的動車組制動過程現場數據，利用數據驅動建模方法，通過減法聚類確定製動過程模型個數，從而建立描述動車組制動過程的多個局部線性模型；局部線性模型參數採用最小二乘法辨識，在每一採樣時刻，基於多模型切換策略選擇任一時刻最佳局部模型；並採用基於多模型切換的動車組模糊自適應PID算法對動車組制動過程進行控制，實現安全、高效、正點、停靠準確多目標運行。本發明基於減法聚類的動車組制動過程建模步驟為:1、分析動車組制動特性曲線,如

圖1和表I所示，圖1為動車組再生制動特性曲線；表I為動車組再生制動曲線參數。
分析動車組制動過程中作用在其上的各種作用力，其制動過程動力學模型可表示為:
權利要求
1.一種動車組制動過程多模型建模和自適應PID控制方法，其特徵是，所述方法根據採集的動車組制動過程現場數據，利用數據驅動建模方法，通過減法聚類確定製動模型個數，從而建立描述動車組制動過程的多個局部線性模型；在每一採樣時刻，基於多模型切換策略選擇最佳局部模型，並採用模糊自適應PID算法對動車組制動過程進行控制，實現安全、高效、正點、停靠準確等多目標優化運行。
2.根據權利要求1所述的動車組制動過程多模型與自適應PID控制方法，其特徵是，所述建立動車組制動過程多模型方法為: 以動車組制動過程受力情況的數學方程描述為基礎，確定子模型的線性結構，據此設計動車組制動過程多模型框架為: R1: A1 (z_1) y (k) =B1 (z_1) u (k-d) + ζ (k)，1=1，2…η 可表示為如下最小二乘形式:
3.根據權利要求1所述的動車組制動過程多模型建模和自適應PID控制方法，其特徵是，所述自適應PID控制方法為: 基於多模型切換的PID參數模糊自整定方法是找出PID三個參數與最優切換模型輸出誤差e和誤差變化率ec之間的模糊關係，在運行中通過不斷檢測e和ec，根據模糊控制原理對三個參數進行在線修改，以滿足不 同e和ec時對控制參數的不同要求，從而使動車組制動過程有良好的動、靜態性能。
全文摘要
一種基於多模型切換的動車組模糊自適應PID控制方法，所述方法根據採集的動車組運行過程數據和現場經驗知識，提出數據驅動建模方法，應用減法聚類確定製動模型個數，從而建立描述動車組制動過程的多個局部線性模型，局部線性模型採用遞推最小二乘法辨識模型參數，在每一採樣時刻，基於多模型切換策略選擇最佳局部模型，並採用模糊自適應PID算法對動車組制動過程進行控制，實現動車組安全、正點、有效運行。本發明方法簡單實用，可實現動車組制動過程多目標控制。本發明適用於動車組制動過程在線監測和自動控制。
文檔編號G05B13/04GK103092076SQ20131000316
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月6日 優先權日2013年1月6日
發明者楊輝, 嚴瑾, 張坤鵬, 李中奇, 劉傑民 申請人:華東交通大學