【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于列車控制，具體涉及一種基于擴張狀態觀測器的虛擬編組多列車協同自適應滑模控制方法。
技術介紹
1、虛擬編組（virtual?coupling，vc）技術在解決現有城軌列車因固定編組模式容易導致高峰期和低峰期滿載率差異過大，難以適應客流需求的不均衡特征，導致資源和運力浪費等問題時，具有較好的效果，因此虛擬編組條件下的列車控制技術是城市軌道交通研究的熱點。虛擬編組技術通過車與車之間的通信與主動控制，使多個單元列車協同運行形成虛擬編隊，從而提高運行效率、降低能耗，并提升軌道交通系統的安全性和穩定性。結合城市軌道交通列車動力學特征和有效的控制方法設計高效的列車運行系統控制器，實現多列車協同按照預定的速度和位置運行，使具有信息共享、協同決策特性的虛擬編組運行策略得以實現。因此，研究虛擬編組多列車協同追蹤運行控制方法對實現車車通信技術下的靈活編組與智能動態調度策略具有重要意義。
2、城軌多列車協同追蹤運行控制受列車ato(automatic?train?operation)曲線的實時性影響，需采用響應速度快、魯棒性高的控制算法來實時滿足城軌多列車協同追蹤運行的控制要求。滑模控制算法(sliding?mode?control，smc)具有響應速度快和魯棒性高等特點，然而傳統的滑模控制算法用于城軌多列車協同運行控制系統中，會出現系統誤差收斂速度慢，控制精度低，抖振大等問題。為解決該問題，有學者提出了如下相關研究，利用非奇異終端滑模控制(nonsingular?terminal?sliding?mode，ntsm)方法，提
3、上述研究多集中于提升多列車協同控制系統的收斂速度和削弱控制輸出抖振，但未考慮城軌多列車協同追蹤運行時易受到外界干擾的影響，使滑模控制器抗擾性能降低，影響列車間的追蹤精度和穩定性的問題。
技術實現思路
1、針對上述
技術介紹
中存在的問題，本專利技術的目的是提供一種基于擴張狀態觀測器的虛擬編組多列車協同自適應滑模控制方法，在對外界干擾估計的基礎上，完成城軌多列車運行的快速協同，解決多列車協同時的追蹤誤差及控制力抖振問題，提升列車控制系統的穩態性能。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、基于擴張狀態觀測器的虛擬編組多列車協同自適應滑模控制方法，包括如下步驟：
4、s1、基于單元列車動力學方程構建城軌多列車追蹤誤差動力學模型；
5、s2、根據所述城軌多列車追蹤誤差動力學模型建立非奇異終端滑模面，得到虛擬編組多列車協同控制系統的等效控制律：
6、
7、式中：，和為正奇數且滿足，為速度誤差，為滑模面權重系數且>0，為列車的質量，為單元列車基本阻力，，其中，、、均為戴維斯系數，為時刻列車的速度，為期望加速度，為外界不確定干擾且，其中為外界不確定干擾的上界；
8、s3、設計切換控制律：
9、
10、式中：且均為切換增益，為滑模面；
11、s4、將所述等效控制律和切換控制律求和得到非奇異終端滑模控制律為：
12、
13、s5、設計虛擬編組多列車協同控制系統中切換增益的自適應律：
14、
15、式中：和均為自適應變化增益，，，，均為正實數，為自適應律的增益邊界；
16、s6、建立飽和函數：
17、
18、式中：為邊界層；在邊界層外，采用切換控制，使系統狀態快速趨于滑動模態，在邊界層內，采用反饋控制，以降低在滑動模態快速切換時產生的抖振并保證一直在邊界層之內；
19、s7、將外界不確定干擾擴張為一個新的變量，設計擴張狀態觀測器：
20、
21、式中：，，分別為擴張狀態觀測器對，，的觀測值，為列車的位移，為列車的速度；，，均為正實數，為觀測器參數；為觀測誤差；采用擴張狀態觀測器可實現當時，，，；
22、采用擴張狀態觀測器對外界不確定干擾進行估計，獲得干擾的觀測值；
23、s8、將所述自適應律和飽和函數引入非奇異終端滑模控制律中，同時將干擾的觀測值代替實際干擾值加入到自適應非奇異終端滑模控制器輸出中作為前饋補償，構建出基于擴張狀態觀測器的自適應非奇異終端滑模控制律：
24、
25、式中：為干擾的觀測值。
26、進一步的，s1中，所述城軌多列車追蹤誤差動力學模型為：
27、
28、式中：為位移追蹤誤差；為速度追蹤誤差；為列車的位移；為列車的前車位移；為列車的速度；為列車的前車速度；為列車間的固定安全距離，為列車數量；當=1時，為期望位移，為期望速度，=0。
29、進一步的，s3中，所述滑模面的計算公式為：
30、。
31、相比于現有技術的缺點和不足，本專利技術具有以下有益效果：
32、本專利技術基于擴張狀態觀測器構建了的自適應非奇異終端滑模控制模型，有效解決了虛擬編組運營環境下因外界干擾導致的多列車協同控制追蹤精度低和穩定性不足的問題。實現了在有限時間內多列車協同追蹤誤差收斂至原點附近最小鄰域內的目的，同時，本專利技術將擴張狀態觀測器估計外界干擾的結果用于補償自適應非奇異終端滑模控制器的控制力輸出，進一步提高多列車協同控制系統的抗干擾性能。通過理論分析和仿真驗證，本專利技術在提升追蹤精度、削弱抖振和增強系統穩定性方面表現出顯著優勢，對城市軌道交通虛擬編組運行策略的實現具有重要意義。
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1.基于擴張狀態觀測器的虛擬編組多列車協同自適應滑模控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的虛擬編組多列車協同自適應滑模控制方法，其特征在于，S1中，所述城軌多列車追蹤誤差動力學模型為：
3.如權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的虛擬編組多列車協同自適應滑模控制方法，其特征在于，S3中，所述滑模面的計算公式為：
【技術特征摘要】
1.基于擴張狀態觀測器的虛擬編組多列車協同自適應滑模控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的虛擬編組多列車協同自適應滑模控制方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：左靜，嚴龍剛，王鐵軍，趙原顯，王潤琦，楊喬禮，閔永智，林俊亭，蒲璇，薛明干，任杰，
申請(專利權)人：蘭州交通大學，
類型：發明
國別省市：
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