基于模糊预测控制的高速列车自动驾驶研究
发布时间：2022-09-27 18:42
随着高速铁路的快速发展,列车的运行速度不断地提高,传统的由司机操纵列车运行的方式已经难以满足列车的控制需求,而如何使高速列车能够自动运行已成为急需解决的问题,因此研究列车自动驾驶相关理论具有重要的意义。列车自动驾驶（Automatic Train Operation,ATO）系统的主要功能是列车根据当前的路况、运行指令和其它因素等自动地调整车速,使列车能够按照理想速度行驶,以满足列车在平稳性、准点性、节能性和舒适性等方面的要求。本文以CRH3型动车组为研究对象,对高速列车自动驾驶进行研究。主要研究内容如下:（1）明确课题的研究背景与研究意义,了解列车自动控制（Automatic Train Control,ATC）系统的结构和功能,包括ATO系统的功能以及与其它子系统的相互协作关系,在此基础上,对列车常见的运行策略进行分析;分析了现有的单质点和多质点两种列车模型的优点和不足,针对单质点模型在列车速度控制中存在的问题,通过对高速列车每节车厢进行受力分析,建立了高速列车的多质点数学模型,并以CRH3型动车组数据为例,搭建了列车SIMULINK仿真模型。（2）对模糊控制和预测控制的主要思想进...
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 论文的选题背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 列车动力学模型的国内外研究现状
1.2.2 ATO控制算法的国内外研究现状
1.3 论文的主要研究内容
2 列车自动驾驶相关理论
2.1 ATC系统介绍
2.1.1 ATC系统结构
2.1.2 ATC系统功能
2.2 ATO系统介绍
2.2.1 ATO系统结构
2.2.2 ATO系统设备
2.3 列车运行策略分析
2.3.1 惰行策略分析
2.3.2 巡航策略分析
2.3.3 混合策略分析
2.4 列车运行性能指标分析
2.4.1 停车精准性指标
2.4.2 准时性指标
2.4.3 舒适性指标
2.5 小结
3 高速列车建模
3.1 列车动力学模型
3.1.1 单质点列车动力学模型
3.1.2 多质点列车动力学模型
3.2 基于多质点模型的列车运行计算
3.2.1 列车牵引力
3.2.2 列车制动力
3.2.3 列车基本阻力
3.2.4 附加阻力
3.2.5 耦合力
3.3 列车仿真模型
3.3.1 列车参数
3.3.2 仿真模型
3.4 小结
4 ATO速度控制设计
4.1 模糊控制
4.1.1 模糊控制基本思想
4.1.2 模糊控制设计
4.2 预测控制
4.2.1 预测控制基本思想
4.2.2 动态矩阵控制的设计
4.3 模糊预测控制设计
4.4 模糊预测控制仿真模型
4.5 小结
5 理想速度曲线设计及系统仿真
5.1 理想速度曲线设计
5.1.1 线路参数
5.1.2 理想速度曲线
5.2 系统仿真及结果分析
5.2.1 两种列车模型下的仿真对比
5.2.2 两种控制系统仿真对比
5.2.3 控制性能仿真分析
5.3 小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车的自适应动态面速度位移跟踪控制[J]. 徐传芳,陈希有,郑祥,王英,李卫东. 电机与控制学报. 2019(12)
[2]基于自适应模糊滑模的列车精确停车制动控制算法[J]. 何之煜,杨志杰,吕旌阳. 中国铁道科学. 2019(02)
[3]列车运行建模与速度控制方法综述[J]. 杨辉,付雅婷. 华东交通大学学报. 2018(05)
[4]基于控制器匹配的高速列车广义预测控制方法[J]. 李中奇,丁俊英,杨辉,刘江. 铁道学报. 2018(09)
[5]高速列车制动力分配优化控制算法研究[J]. 张昌凡,殷晓飞,刘建华,何静,豆兵兵. 电子测量与仪器学报. 2018(03)
[6]基于小波包滤波列车自动驾驶的研究[J]. 何晖,唐涛. 铁道学报. 2018(01)
[7]基于模糊自适应PID控制的ATO系统控制算法[J]. 刘浩,钱存元,施招东. 城市轨道交通研究. 2017(03)
[8]基于Elman模型的高速列车速度跟踪控制[J]. 杨辉,刘盼,李中奇. 控制理论与应用. 2017(01)
[9]基于自适应终端滑模控制的城轨列车精确停车算法[J]. 王青元,吴鹏,冯晓云,张彦栋. 铁道学报. 2016(02)
[10]高速列车双自适应广义预测控制方法[J]. 李中奇,杨振村,杨辉,刘杰民. 中国铁道科学. 2015(06)
博士论文
[1]基于多质点模型的高速列车自动驾驶预测控制[D]. 王龙生.北京交通大学 2016
[2]多信息融合滤波的多模态智能控制在高速列车速度控制中的研究[D]. 侯涛.兰州交通大学 2015
硕士论文
[1]基于多目标的城市轨道交通ATO控制策略优化设计及仿真[D]. 卫东.北京交通大学 2019
[2]基于预测控制的高速列车节能运行控制研究[D]. 夏博文.辽宁工程技术大学 2018
[3]基于灰色遗传理论的ATO最优控制策略研究[D]. 嵇云.西南交通大学 2015
[4]基于自适应控制列车ATO调速系统的若干研究[D]. 亓叔虎.北京交通大学 2013
本文编号：3681411
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 论文的选题背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 列车动力学模型的国内外研究现状
1.2.2 ATO控制算法的国内外研究现状
1.3 论文的主要研究内容
2 列车自动驾驶相关理论
2.1 ATC系统介绍
2.1.1 ATC系统结构
2.1.2 ATC系统功能
2.2 ATO系统介绍
2.2.1 ATO系统结构
2.2.2 ATO系统设备
2.3 列车运行策略分析
2.3.1 惰行策略分析
2.3.2 巡航策略分析
2.3.3 混合策略分析
2.4 列车运行性能指标分析
2.4.1 停车精准性指标
2.4.2 准时性指标
2.4.3 舒适性指标
2.5 小结
3 高速列车建模
3.1 列车动力学模型
3.1.1 单质点列车动力学模型
3.1.2 多质点列车动力学模型
3.2 基于多质点模型的列车运行计算
3.2.1 列车牵引力
3.2.2 列车制动力
3.2.3 列车基本阻力
3.2.4 附加阻力
3.2.5 耦合力
3.3 列车仿真模型
3.3.1 列车参数
3.3.2 仿真模型
3.4 小结
4 ATO速度控制设计
4.1 模糊控制
4.1.1 模糊控制基本思想
4.1.2 模糊控制设计
4.2 预测控制
4.2.1 预测控制基本思想
4.2.2 动态矩阵控制的设计
4.3 模糊预测控制设计
4.4 模糊预测控制仿真模型
4.5 小结
5 理想速度曲线设计及系统仿真
5.1 理想速度曲线设计
5.1.1 线路参数
5.1.2 理想速度曲线
5.2 系统仿真及结果分析
5.2.1 两种列车模型下的仿真对比
5.2.2 两种控制系统仿真对比
5.2.3 控制性能仿真分析
5.3 小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车的自适应动态面速度位移跟踪控制[J]. 徐传芳,陈希有,郑祥,王英,李卫东. 电机与控制学报. 2019(12)
[2]基于自适应模糊滑模的列车精确停车制动控制算法[J]. 何之煜,杨志杰,吕旌阳. 中国铁道科学. 2019(02)
[3]列车运行建模与速度控制方法综述[J]. 杨辉,付雅婷. 华东交通大学学报. 2018(05)
[4]基于控制器匹配的高速列车广义预测控制方法[J]. 李中奇,丁俊英,杨辉,刘江. 铁道学报. 2018(09)
[5]高速列车制动力分配优化控制算法研究[J]. 张昌凡,殷晓飞,刘建华,何静,豆兵兵. 电子测量与仪器学报. 2018(03)
[6]基于小波包滤波列车自动驾驶的研究[J]. 何晖,唐涛. 铁道学报. 2018(01)
[7]基于模糊自适应PID控制的ATO系统控制算法[J]. 刘浩,钱存元,施招东. 城市轨道交通研究. 2017(03)
[8]基于Elman模型的高速列车速度跟踪控制[J]. 杨辉,刘盼,李中奇. 控制理论与应用. 2017(01)
[9]基于自适应终端滑模控制的城轨列车精确停车算法[J]. 王青元,吴鹏,冯晓云,张彦栋. 铁道学报. 2016(02)
[10]高速列车双自适应广义预测控制方法[J]. 李中奇,杨振村,杨辉,刘杰民. 中国铁道科学. 2015(06)
博士论文
[1]基于多质点模型的高速列车自动驾驶预测控制[D]. 王龙生.北京交通大学 2016
[2]多信息融合滤波的多模态智能控制在高速列车速度控制中的研究[D]. 侯涛.兰州交通大学 2015
硕士论文
[1]基于多目标的城市轨道交通ATO控制策略优化设计及仿真[D]. 卫东.北京交通大学 2019
[2]基于预测控制的高速列车节能运行控制研究[D]. 夏博文.辽宁工程技术大学 2018
[3]基于灰色遗传理论的ATO最优控制策略研究[D]. 嵇云.西南交通大学 2015
[4]基于自适应控制列车ATO调速系统的若干研究[D]. 亓叔虎.北京交通大学 2013
本文编号：3681411
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3681411.html
