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专利号: 2022108413384
申请人: 青岛科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 铁路
更新日期:2026-01-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多列车虚拟连挂协同控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、基于牛顿第二定律分析每辆列车的运行受力情况,并针对所述每辆列车分别构建多列车协同运行动力学子系统;

S2、根据期望运行曲线定义头车的位移跟踪误差和速度跟踪误差,并根据前一辆列车的运行状态定义相邻后一辆列车的位移跟踪误差和速度跟踪误差,建立多列车虚拟连挂协同误差子系统;

S3、基于位移跟踪误差和速度跟踪误差构建多维未知参数滑模面;

S4、构建未知列车参数和滑模面系数的多维自适应律,设计多列车虚拟连挂协同控制器;

S5、构造李雅普诺夫函数证明多列车虚拟连挂协同控制的稳定性;

所述步骤S1进一步包括下述子步骤:

S1.1、构建多列车协同运行动力学子系统如下:式中,t表示多列车的运行时刻;i表示多列车运行方向上的第i辆列车,i=1,2,…,n,其中,n表示列车总数,i=1表示头车;mi表示第i辆列车的总质量;si(t)和vi(t)分别表示多列车运行方向上的第i辆列车的实际位移和实际速度; 和 分别表示si(t)和vi(t)的导数,即多列车运行方向上的第i辆列车的实际速度和实际加速度;ui(t)表示多列车运行方向上的第i辆列车的牵引力或制动力;wi(t)表示多列车运行方向上的第i辆列车的基本运行阻力,且满足 其中,ai、bi、ci分别表示戴维斯系数,且是未知正常数;di(t)表示多列车运行方向上的第i辆列车运行过程中受到的额外附加阻力,即外部干扰;

S1.2、结合多列车运行条件,建立参数不确定条件下的多列车协同动力学模型如下:式中,Δmi、Δai、Δbi及Δci分别表示参数mi、ai、bi和ci的不确定性;

S1.3、定义变量函数Di(t):

S1.4、结合步骤S1.3与步骤S1.2,得到多列车协同动力学模型:所述步骤S2进一步包括下述子步骤:

S2.1、构造多维位移跟踪误差ei(t)和速度跟踪误差式中,Li表示第i辆列车的实际位移与参考位移的安全间隔,且L1=0;s0(t)和v0(t)分别表示头车的期望位移和期望速度;

S2.2、结合步骤S2.1与步骤S1.3,建立多列车虚拟连挂协同误差子系统如下:式中, 表示第i‑1辆车的实际加速度,且 表示头车的期望加速度;

所述步骤S3进一步包括下述子步骤:

结合步骤S2.2构建多维未知参数滑模面Hi(t)如下:式中,βi、pi和qi表示第i辆列车的滑模面系数,且βi>0,pi和qi为满足1<(pi/qi)<2的正奇数;

所述步骤S4进一步包括下述子步骤:

S4.1、定义βi1=1/βi,且满足下述表达式:式中,kβi表示给定的正常数;sat(Hi(t))表示Hi(t)符号函数;

S4.2、构建未知列车参数和滑模面系数的多维自适应律如下:式中,kmi>0、kai>0、kbi>0、kci>0表示待设计的自适应律系数; 分别表示参数mi、ai、bi、ci的估计值,且其与参数之间的误差值 满足S4.3、结合步骤S4.1与步骤S4.2,设计多列车虚拟连挂协同控制器ui(t)如下:式中,εi>0表示不确定项Di(t)和误差函数项 的乘积项的上界,μi表示反馈系数,为给定的正常数;

所述步骤S5进一步包括下述子步骤:

S5.1、构造多列车虚拟连挂协同控制的李雅普诺夫函数V(t)如下:式中,Vi(t)表示第i辆列车的李雅普诺夫函数,且满足下式:S5.2、结合步骤S5.1对李雅普诺夫函数进行一阶求导,得:进一步整理得 证明多列车虚拟连

挂协同控制的稳定性。

2.一种多列车虚拟连挂协同控制系统,其特征在于,包括:动力系统构建模块,用以基于牛顿第二定律分析每辆列车的运行受力情况,并针对所述每辆列车分别构建多列车协同运行动力学子系统,并执行如下子步骤:S1.1、构建多列车协同运行动力学子系统如下:式中,t表示多列车的运行时刻;i表示多列车运行方向上的第i辆列车,i=1,2,…,n,其中,n表示列车总数,i=1表示头车;mi表示第i辆列车的总质量;si(t)和vi(t)分别表示多列车运行方向上的第i辆列车的实际位移和实际速度; 和 分别表示si(t)和vi(t)的导数,即多列车运行方向上的第i辆列车的实际速度和实际加速度;ui(t)表示多列车运行方向上的第i辆列车的牵引力或制动力;wi(t)表示多列车运行方向上的第i辆列车的基本运行阻力,且满足 其中,ai、bi、ci分别表示戴维斯系数,且是未知正常数;di(t)表示多列车运行方向上的第i辆列车运行过程中受到的额外附加阻力,即外部干扰;

S1.2、结合多列车运行条件,建立参数不确定条件下的多列车协同动力学模型如下:式中,Δmi、Δai、Δbi及Δci分别表示参数mi、ai、bi和ci的不确定性;

S1.3、定义变量函数Di(t):

S1.4、结合步骤S1.3与步骤S1.2,得到多列车协同动力学模型:误差系统建立模块,用以根据期望运行曲线定义头车的位移跟踪误差和速度跟踪误差,并根据前一辆列车的运行状态定义相邻后一辆列车的位移跟踪误差和速度跟踪误差,建立多列车虚拟连挂协同误差子系统,并执行如下子步骤:S2.1、构造多维位移跟踪误差ei(t)和速度跟踪误差式中,Li表示第i辆列车的实际位移与参考位移的安全间隔,且L1=0;s0(t)和v0(t)分别表示头车的期望位移和期望速度;

S2.2、结合步骤S2.1与步骤S1.3,建立多列车虚拟连挂协同误差子系统如下:式中, 表示第i‑1辆车的实际加速度,且 表示头车的期望加速度;

滑模面构建模块,用以基于位移跟踪误差和速度跟踪误差构建多维未知参数滑模面,并执行如下子步骤:结合步骤S2.2构建多维未知参数滑模面Hi(t)如下:式中,βi、pi和qi表示第i辆列车的滑模面系数,且βi>0,pi和qi为满足1<(pi/qi)<2的正奇数;

控制器设计模块,用以构建未知列车参数和滑模面系数的多维自适应律,设计多列车虚拟连挂协同控制器,并执行如下子步骤:S4.1、定义βi1=1/βi,且满足下述表达式:式中,kβi表示给定的正常数;sat(Hi(t))表示Hi(t)符号函数;

S4.2、构建未知列车参数和滑模面系数的多维自适应律如下:式中,kmi>0、kai>0、kbi>0、kci>0表示待设计的自适应律系数; 分别表示参数mi、ai、bi、ci的估计值,且其与参数之间的误差值 满足S4.3、结合步骤S4.1与步骤S4.2,设计多列车虚拟连挂协同控制器ui(t)如下:式中,εi>0表示不确定项Di(t)和误差函数项 的乘积项的上界,即μi表示反馈系数,为给定的正常数;

稳定性分析模块,用以构造李雅普诺夫函数证明多列车虚拟连挂协同控制的稳定性,并执行如下子步骤:S5.1、构造多列车虚拟连挂协同控制的李雅普诺夫函数V(t)如下:式中,Vi(t)表示第i辆列车的李雅普诺夫函数,且满足下式:S5.2、结合步骤S5.1对李雅普诺夫函数进行一阶求导,得:进一步整理得 证明多列车虚拟连

挂协同控制的稳定性。

3.一种电子设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述的多列车虚拟连挂协同控制方法的步骤。

4.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述的多列车虚拟连挂协同控制方法的步骤。