預測控制在列車自動駕駛系統(tǒng)中的應用研究.pdf

1、在列車自動駕駛（ATO）系統(tǒng)中，ATO控制器替代司機自動調(diào)節(jié)列車運行，使其運行軌跡盡量接近給定目標速度曲線，同時滿足安全性、運行時間、到站精度和乘客舒適度等性能要求。列車在運行時一方面會受到外部干擾（坡度、空氣阻力和線路濕滑等）和內(nèi)部參數(shù)變化（因負載和環(huán)境溫度等因素變化造成）的影響，另一方面其牽引和制動系統(tǒng)存在延時和約束，所以常會發(fā)生停車精度差、乘客舒適度低的情況。模型預測控制（MPC）是一種基于模型、滾動實施并結(jié)合反饋校正的在線優(yōu)化控

2、制算法。它在系統(tǒng)時延、變量約束和模型參數(shù)變化等問題的處理上相比傳統(tǒng)控制算法具有優(yōu)勢。在上述背景下，本文對預測控制應用于列車自動駕駛系統(tǒng)進行了研究，基于實測數(shù)據(jù)搭建了列車運行模型，設(shè)計了全軌跡跟蹤MPC控制器并利用真實站間信息進行仿真說明控制器的有效性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴列車運行模型搭建。分析列車自動駕駛系統(tǒng)工作原理，搭建了列車運行模型。編寫了模型驗證仿真軟件，利用實測數(shù)據(jù)檢驗模型的準確性。⑵速度跟蹤MPC控制器設(shè)計與仿真

3、。設(shè)計速度跟蹤MPC控制器以滿足運行時間準確性和乘客舒適度要求。對列車運行模型簡化，簡化模型由牽引模型和制動模型構(gòu)成。分別設(shè)計牽引和制動MPC控制器，制定切換策略并給出速度跟蹤MPC控制器流程圖。仿真說明該控制器對可測擾動和不可測擾動具有抑制作用，并與現(xiàn)有控制算法的控制效果進行比較，分析各自特點。⑶全軌跡跟蹤MPC控制器設(shè)計與仿真。設(shè)計全軌跡跟蹤MPC控制器以滿足安全性和停車精度要求。分別討論了列車在啟動、運行和停車階段對控制器要求，給