【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于計算機科學與控制，具體為一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法。
技術介紹
1、軌道交通作為城市交通動脈，面臨日益增長的客流挑戰與運力瓶頸。傳統移動閉塞系統已近飽和，難以通過加密車次應對高峰客流，而新建線路則受限于高昂成本與空間資源，在此背景下，列車編組技術成為提升運輸能力的關鍵，該技術摒棄物理耦合，依賴先進的列車間通信與自動操作技術，實現列車協同運行，有效縮短列車間隔，增強線路通行能力，然而，編組協同控制在速度協調階段仍顯復雜，需精細調控確保安全高效，同時，外部干擾與模型不確定性成為影響控制穩定性和性能的不可忽視因素，需進一步研發更穩健的控制策略，以充分釋放列車編組技術的潛力，靈活匹配客流需求，優化城市軌道交通運營質量。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，該控制方法的具體步驟如下：
3、s1:系統初始化與參數設置：列車初態含位置、速度、動態參數，設r1通信距，r2安全距，保安全通訊行車；
4、s2:分布式觀測器設計：設計分布式觀測器，實時估測軌跡與干擾，利用鄰車狀態更新，確保信息精準實時；
5、s3:自適應控制算法構建：用屏障lyapunov保間距，設計自適應控制算法，據誤差、參數與干擾估值算輸入；p>
6、s4:協同控制算法實現：協同控制算法促列車速度同步，保間距穩定，提編組運行效率與安全；
7、s5:全局穩定性分析：全局lyapunov證穩定，算法有效魯棒強，保障系統各工況穩行；
8、s6:列車編組動態形成：列車i近編組尾車r1內則申請通信，鏈路成則入編，循環至全列車入編；
9、s7:編組運行與解散：編組后分布式觀測，自適應控速距；解散時斷通信，動態靈活應對。
10、優選地，所述s1中系統初始化與參數設置指的是在鐵路運營系統中，每輛列車的初始狀態至關重要，列車的具體位置、初始運行速度以及用于描述其運動特性的動態模型參數，確保列車運行的安全性和效率，我們設定了兩個關鍵的距離參數：最大通信距離r1和最小安全距離r2，r1確保了列車之間能夠保持有效的通信聯系，實時交換行駛信息，預防潛在的沖突；而r2則作為一道安全屏障，保證了列車之間的間距足以在緊急情況下實施制動，避免碰撞。
11、優選地，所述s2中分布式觀測器設計旨在使每列火車都能獨立且實時地預測其參考運行軌跡及外部潛在干擾，此觀測器創新性地融入了鄰近列車實時共享的狀態信息，通過數據融合與交叉驗證，不斷更新自身狀態。
12、優選地，所述s3中自適應控制算法構建的具體步驟：
13、步驟一：利用屏障lyapunov函數實現間距硬約束分析并設計屏障函數：根據列車間距的安全要求(如最小安全距離r2)，設計一個屏障lyapunov函數v(z)，其中z是與列車間距相關的狀態變量或誤差變量，該函數應滿足當列車間距接近或小于r2時，v(z)的值急劇增加，作為違反間距約束的指示；
14、嵌入約束條件：將屏障函數v(z)與列車的控制目標相結合，確保在控制策略中考慮到間距硬約束，通常，通過在控制律中加入一個與v(z)相關的項來實現，以便在接近間距限制時調整控制輸入；
15、步驟二：在線估計不確定參數與干擾
16、建立參數估計模型：針對影響列車運行的不確定參數和外部干擾，建立相應的估計模型；
17、設計估計器：利用濾波技術或觀測器設計方法，為每個待估計的參數或干擾設計一個合適的估計器，這些估計器準確且實時地跟蹤參數和干擾的變化；
18、步驟三：設計自適應控制算法
19、構建控制策略：基于速度誤差、不確定參數的估計值和干擾的估計值，設計一個自適應控制算法，該算法應能夠動態調整控制輸入，以補償不確定性和干擾對列車運行的影響，并滿足間距硬約束；
20、優化控制參數：通過優化方法或基于模型的設計方法，對控制算法中的參數進行調優，以提高系統的性能和穩定性；
21、驗證與測試：在仿真環境中對設計的自適應控制算法進行驗證和測試，以評估其在不同工況下的性能表現，根據測試結果進行調整和優化，確保算法在實際應用中能夠穩定、可靠地運行。
22、優選地，所述s4中協同控制算法實現是采用先進的協同控制算法，列車系統能充分利用鄰近列車的實時信息，實現速度的精準同步與快速收斂，確保了列車間距始終維持在預設的安全范圍內，還有效減少了因速度波動造成的能耗與延誤。
23、優選地，所述s5中全局穩定性分析次是采用選取全局lyapunov函數v進行系統穩定性分析，通過該函數隨時間的變化趨勢評估系統動態行為的穩定性，進一步，基于該函數的分析結果，嚴格證明所設計的控制算法不僅在理想條件下有效，而且在面對參數變化、外部干擾等復雜工況時展現出強魯棒性。
24、優選地，所述s6中列車編組動態形成的具體步驟如下：
25、步驟一：檢測距離并請求通信
26、檢測距離：列車i持續監測自身與當前編組末尾列車之間的距離，距離通過列車上的傳感器或通信系統實時獲取；
27、判斷條件：當列車i檢測到它與編組末尾列車的距離小于或等于預設的閾值r1時，認為列車i處于加入編組的合適位置；
28、請求通信：滿足條件后，列車i通過無線通信方式向編組末尾列車發送請求，請求建立直接的通信鏈路以便加入編組；
29、步驟二：建立通信鏈路并加入編組
30、響應請求：編組末尾列車接收到列車i的請求后，確認其身份和請求的有效性；
31、建立鏈路：在確認無誤后，編組末尾列車與列車i之間建立穩定的通信鏈路，鏈路將用于后續的數據交換和控制指令的傳輸；
32、加入編組：通信鏈路建立成功后，列車i正式加入編組，其運行狀態將受到編組控制系統的統一管理和調度；
33、步驟三：重復過程直至所有列車加入
34、繼續監測：在列車i加入編組后，系統繼續監測其他未加入編組的列車與編組末尾列車之間的距離；
35、重復請求與加入：每當有新的列車進入r1范圍內，且滿足加入編組的條件時，重復步驟一和步驟二的過程，即請求建立通信鏈路，并在成功后加入編組；
36、完成編組：這個過程將持續進行，直到所有列車都按照順序成功加入編組，形成一個完整的列車編組，并在統一的控制下高效、安全地運行。
37、優選地，所述s7中編組運行與解散具體步驟入如下：
38、步驟一：編組形成后的速度同步與間距控制
39、部署分布式觀測器：在列車編組形成后，每輛列車上都會部署分布式觀測器，這些觀測器能夠實時收集鄰近列車的狀態信息，并基于這些信息對列車的參考軌跡和外部干擾進行估本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：該控制方法的具體步驟如下：
2.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述S1中系統初始化與參數設置指的是每輛列車的初始狀態，列車的具體位置、初始運行速度以及用于描述其運動特性的動態模型參數，確保列車運行的安全性和效率，設定了兩個關鍵的距離參數：最大通信距離R1和最小安全距離R2，R1確保了列車之間能夠保持有效的通信聯系，實時交換行駛信息，預防潛在的沖突；而R2則作為一道安全屏障，保證了列車之間的間距足以在緊急情況下實施制動，避免碰撞。
3.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述S2中分布式觀測器設計旨在使每列火車都能獨立且實時地預測其參考運行軌跡及外部潛在干擾，此觀測器創新性地融入了鄰近列車實時共享的狀態信息，通過數據融合與交叉驗證，不斷更新自身狀態。
4.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述S3中自適應控制算法構
5.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述S4中協同控制算法實現是采用先進的協同控制算法，列車系統能充分利用鄰近列車的實時信息，實現速度的精準同步與快速收斂，確保了列車間距始終維持在預設的安全范圍內，還有效減少了因速度波動造成的能耗與延誤。
6.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述S5中全局穩定性分析次是采用選取全局Lyapunov函數V進行系統穩定性分析，通過該函數隨時間的變化趨勢評估系統動態行為的穩定性，進一步，基于該函數的分析結果，嚴格證明所設計的控制算法不僅在理想條件下有效，而且在面對參數變化、外部干擾復雜工況時展現出強魯棒性。
7.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述S6中列車編組動態形成的具體步驟如下：
8.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述S7中編組運行與解散使用的具體步驟如下：
...【技術特征摘要】
1.一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：該控制方法的具體步驟如下：
2.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述s1中系統初始化與參數設置指的是每輛列車的初始狀態，列車的具體位置、初始運行速度以及用于描述其運動特性的動態模型參數，確保列車運行的安全性和效率，設定了兩個關鍵的距離參數：最大通信距離r1和最小安全距離r2，r1確保了列車之間能夠保持有效的通信聯系，實時交換行駛信息，預防潛在的沖突；而r2則作為一道安全屏障，保證了列車之間的間距足以在緊急情況下實施制動，避免碰撞。
3.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述s2中分布式觀測器設計旨在使每列火車都能獨立且實時地預測其參考運行軌跡及外部潛在干擾，此觀測器創新性地融入了鄰近列車實時共享的狀態信息，通過數據融合與交叉驗證，不斷更新自身狀態。
4.根據權利要求1所述的一種基于多智能體系統的虛擬耦合列車速度收斂協同控制方法，其特征在于：所述s3中自適應控制算法構...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉傳振，吳大立，張品，唐國輝，陳真，張洪喜，李卓銳，林加挺，張博，
申請(專利權)人：北部灣港防城港碼頭有限公司，
類型：發明
國別省市：
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