預(yù)測控制在列車自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)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(jī)自動調(diào)節(jié)列車運(yùn)行，使其運(yùn)行軌跡盡量接近給定目標(biāo)速度曲線，同時(shí)滿足安全性、運(yùn)行時(shí)間、到站精度和乘客舒適度等性能要求。列車在運(yùn)行時(shí)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(fù)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(shí)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(yù)測控制（MPC）是一種基于模型、滾動實(shí)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(shí)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(yù)測控制應(yīng)用于列車自動駕駛系統(tǒng)進(jìn)行了研究，基于實(shí)測數(shù)據(jù)搭建了列車運(yùn)行模型，設(shè)計(jì)了全軌跡跟蹤MPC控制器并利用真實(shí)站間信息進(jìn)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(yùn)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(yùn)行模型。編寫了模型驗(yàn)證仿真軟件，利用實(shí)測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性。⑵速度跟蹤MPC控制器設(shè)計(jì)與仿真

3、。設(shè)計(jì)速度跟蹤MPC控制器以滿足運(yùn)行時(shí)間準(zhǔn)確性和乘客舒適度要求。對列車運(yùn)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(jì)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(jìn)行比較，分析各自特點(diǎn)。⑶全軌跡跟蹤MPC控制器設(shè)計(jì)與仿真。設(shè)計(jì)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(yùn)行和停車階段對控制器要求，給