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基于FAO系统的轨道交通车辆虚拟联挂技术研究
| 论文题名： | 基于FAO系统的轨道交通车辆虚拟联挂技术研究 |
| 关键词： | 轨道交通车辆;全自动运行系统;约束跟随控制;虚拟联挂技术;动态规划算法 |
| 摘要： | 随着全世界的铁路运输需求持续增长，提升铁路运力成为轨道交通行业的一个热点问题，因此铁路部门致力于研究面向未来轨道交通车辆的虚拟联挂技术。在既有线路上提高车辆的运行效率，以改善目前轨道交通行业运营现况。在轨道交通车辆全自动运行系统（FullyAutomaticOperation，FAO）和计算机网络技术不断发展的基础上，本文研究基于FAO系统的轨道交通车辆虚拟联挂技术，设计了列车虚拟联挂下的系统架构，且对编组列车自动驾驶节能运行控制方法进行研究。选取实际的车辆和线路信息，通过仿真验证所提方法的有效性。本文的主要工作包括以下几个方面： 首先，分析现有FAO系统的总体架构及列车虚拟联挂运行的各种场景。在此基础上，对虚拟联挂技术下的系统架构进行设计，增加了高精度定位、车间测距和车车通信等模块，介绍了该架构下的新增接口，并对列车虚拟联挂运行下的定位、测距及通信方案进行阐述。 其次，针对编组列车节能速度曲线优化问题，提出了采用动态规划算法进行编组列车行车速度曲线优化。通过对轨道交通车辆动力学进行分析，再对线路信息进行预处理，设置了列车运行的全局目标与约束条件，并对线路位置及各位置点速度进行离散化处理，最后采用后向逆推的方式，得到节能优化速度曲线。 再次，针对编组列车运行控制问题，提出了采用约束跟随控制理论进行编组列车的无碰撞车间距鲁棒控制。将得到的优化速度曲线作为编组列车的目标速度曲线，编组中的每辆列车跟随该目标速度曲线并以固定的车间距安全运行。通过建立含不确定性的虚拟联挂编组约束动力学模型，接下来对理想通信和通信延迟下的控制律进行设计，最后通过分析闭环系统Lyapunov函数的性质证明车间距误差的有界性，保证了车间距的安全不等式约束以及跟随误差收敛。 最后，搭建Matlab-Simulink仿真平台，对节能速度曲线优化方法和编组运行控制方法进行仿真验证。结合实际的车辆数据和线路数据，生成不同负载下的节能速度曲线。再针对静态联挂和动态联挂场景，分别对理想通信和通信延迟下的编组列车运行控制效果进行仿真，验证了所提算法可以保证编组列车的安全运行。 |
| 作者： | 杨登科 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张新荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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