無人駕駛城軌車輛運(yùn)動(dòng)分析與控制策略研究.pdf

1、目前，軌道交通無人駕駛技術(shù)在國外發(fā)達(dá)國家的研究已日趨成熟，而我國無人駕駛技術(shù)的研究起步較晚，水平相對落后。由于我國大部分軌道交通列車的核心設(shè)備技術(shù)及運(yùn)營模式是從國外引進(jìn)的，存在“水土不服”的問題，例如，車輛在站停留時(shí)間不能根據(jù)客流量動(dòng)態(tài)調(diào)整、行車間隔不智能，城軌車輛“常與地面失去聯(lián)系”等，已在很大程度上影響了城軌車輛無人駕駛技術(shù)在我國的發(fā)展速度。存在這些問題的原因，主要是因?yàn)槲覈诔擒壾囕v無人駕駛“控制系統(tǒng)”方面還缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心

2、技術(shù)，特別是在該領(lǐng)域相關(guān)基礎(chǔ)理論研究方面嚴(yán)重滯后，成為制約我國城軌交通無人駕駛發(fā)展水平的主要瓶頸。
　　針對我國實(shí)際國情，開展城軌車輛無人駕駛技術(shù)基礎(chǔ)理論特別是控制策略方面的研究，對消除人為等不確定因素給城軌車輛運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性和高效性帶來的潛在危害和不利影響，提高城軌交通系統(tǒng)無人駕駛車輛的自動(dòng)化控制水平，具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以無人駕駛城軌車輛為研究對象，以列車牽引運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，通過對車輛牽引

3、運(yùn)動(dòng)、橫向和垂向振動(dòng)建模與分析，引入魯棒控制理論對車輛振動(dòng)進(jìn)行控制分析與綜合，建立符合無人駕駛城軌車輛混合優(yōu)化控制策略，并對城軌車輛協(xié)同控制技術(shù)、以及如何實(shí)現(xiàn)多列車高效運(yùn)行的控制目標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)分析。其主要研究內(nèi)容為：
　?。?）以列車牽引運(yùn)動(dòng)學(xué)為基礎(chǔ)，通過對無人駕駛城軌車輛在不同工況下的牽引運(yùn)行過程進(jìn)行受力分析，建立城軌列車牽引運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并給出列車運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。
　?。?）以列車動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過對運(yùn)行列車動(dòng)力學(xué)分析，建

4、立車輛相關(guān)多自由度橫向、垂向振動(dòng)模型，利用 Matlab對模型進(jìn)行仿真分析，研究列車運(yùn)行過程中影響其平穩(wěn)性的相關(guān)因素。
　　（3）為抑制列車運(yùn)行過程中的不確定干擾對城軌車輛造成的影響，在建立車輛橫向振動(dòng)模型基礎(chǔ)上，分析擾動(dòng)等不確定因素對列車造成的影響，建立橫向振動(dòng)廣義對象模型，引入魯棒 H∞控制理論對其進(jìn)行控制分析與綜合，并將控制前、后結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證引入魯棒控制后控制效果的合理性和有效性。仿真結(jié)果表明，與被動(dòng)懸架控制技術(shù)相比較

5、，無人駕駛城軌列車在速度較高的情況下，引入魯棒控制器后可明顯抑制車輛的橫向振動(dòng)、提高列車運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適性。
　　（4）在城軌列車多質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，通過對節(jié)能牽引控制策略和快速牽引控制策略的分析，針對城軌車輛的兩種運(yùn)行模式，建立了城軌車輛混合優(yōu)化牽引控制策略，通過建模和仿真分析，尋找出牽引運(yùn)行過程最佳決策量，實(shí)現(xiàn)牽引運(yùn)行過程中能耗的最低和全程運(yùn)行時(shí)間的最短。
　?。?）通過對城軌車輛運(yùn)營模式和無人駕駛技術(shù)特點(diǎn)的調(diào)研和

6、分析，針對我國城軌交通客流量波動(dòng)大的特點(diǎn)，提出了無人駕駛城軌車輛運(yùn)營過程中分時(shí)段配置列車數(shù)量的思路，并以某條城軌線路上的列車為對象、以客流量為依據(jù)，利用排隊(duì)論思想給出了分時(shí)段列車數(shù)量配置和優(yōu)化的方法。在此基礎(chǔ)上，建立了城軌車輛協(xié)同控制模型，通過采用實(shí)時(shí)信息采集方法來實(shí)現(xiàn)列車的等間隔協(xié)同控制。利用二次型最優(yōu)控制理論來得到下一信息采集間隔時(shí)間內(nèi)車輛行進(jìn)的距離，并對列車協(xié)同控制中最優(yōu)運(yùn)行間隔進(jìn)行了計(jì)算和討論。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建多列車協(xié)同控制條