基于GPC-速度分級(jí)PID串級(jí)控制的ATO速度控制器設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、我國(guó)城市軌道交通進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期，多數(shù)城市都在建或預(yù)建城市軌道交通以緩解城市日益嚴(yán)峻的交通運(yùn)營(yíng)負(fù)載，隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的建設(shè)，中國(guó)城市軌道交通將會(huì)迎來更快的發(fā)展。列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)ATO(Automatic Train Operation)作為列車運(yùn)行控制系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)之一，其主要功能是代替司機(jī)操作，完成列車速度自動(dòng)調(diào)整、車門屏蔽門控制、精確停車以及停站時(shí)間管理等功能。
　　論文主要就ATO系統(tǒng)的速度自動(dòng)調(diào)整功能進(jìn)行分析，自動(dòng)調(diào)速是

2、ATO系統(tǒng)的最主要功能之一，控制列車跟隨ATS(Automatic Train Supervision)下達(dá)的列車速度等級(jí)曲線運(yùn)行，保證列車準(zhǔn)點(diǎn)、舒適、節(jié)能和精確停車等運(yùn)行指標(biāo)。
　　本文首先對(duì)列車行駛過程中可能遇到的干擾和系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，包括列車牽引特性、控制時(shí)間特性、坡道換算、空轉(zhuǎn)滑行檢測(cè)和列車質(zhì)量矯正等，建立列車動(dòng)力學(xué)模型并分析模型參數(shù)的取值變化，為控制算法提供理論基礎(chǔ)。
　　在列車動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，以速度跟隨性

3、和準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行為直接控制目標(biāo)，建立GPC-PID串級(jí)控制算法，內(nèi)環(huán)控制以目標(biāo)等級(jí)速度曲線作為跟隨輸入，采用PID控制算法自動(dòng)調(diào)整列車速度跟隨目標(biāo)速度。本文從衰減率和衰減角頻率角度建立PID算法參數(shù)整定的方法，并比較衰減率不同與分別采用Kp，1/Ti，Kp/Ti，K2p/Ti對(duì)衰減角頻率取極大值四種策略時(shí)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和跟隨性的影響。外環(huán)控制以準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行作為控制目標(biāo)，采用廣義預(yù)測(cè)控制GPC（Generalized Predictive Cont

4、rol）算法對(duì)內(nèi)環(huán)輸入量即目標(biāo)速度進(jìn)行調(diào)整實(shí)現(xiàn)時(shí)分調(diào)整，并分析GPC控制參數(shù)隨速度的取值變化。對(duì)列車精確停車和舒適性指標(biāo)，本文分別通過速度包絡(luò)和Jerk率限制的控制策略來保證。通過對(duì)列車運(yùn)行時(shí)分的合理規(guī)劃和目標(biāo)等級(jí)曲線節(jié)能性優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市軌道交通體系的節(jié)能運(yùn)營(yíng)。
　　控制算法參數(shù)的理論整定值，并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)控制品質(zhì)的最優(yōu)。通過對(duì)列車動(dòng)力學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)辨識(shí)，使模型參數(shù)更加精確從而通過模型整定的控制參數(shù)更好的貼合實(shí)際系統(tǒng)的控制特性