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原文传递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

论文题名：	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
关键词：	高速列车;速度控制;误差分析;多信息融合滤波;多模态智能控制
摘要：	随着高速铁路的快速发展，高速列车的实时运行速度越来越快，推动列车控制技术和控制性能指标向越来越高的方向发展。列车运行控制系统是轨道交通系统的核心控制系统，能保证列车安全、畅通运行。高速列车的速度控制是高速列车运行控制系统的重要组成部分。本论文通过对高速列车测速处理误差的定性分析与定量计算研究，发现了目前高速列车速度控制的不足，结合高速列车运行控制的特点，提出了应用多信息融合滤波技术、多模态智能控制技术以及速度闭环控制系统给定值优化设计方法，提高了高速列车的速度控制效果，提高了高速列车的运行效率与高速铁路线路的通过能力。　　首先，研究了高速列车的速度传感器测速原理、速度信息特性、速度检测处理及速度误差的定性分析与定量计算等内容。对高速列车多速度信息进行了融合滤波研究，结合检测并预处理后的4路速度信息，分别进行了多速度值的算术平均值融合滤波处理、加权算术平均值融合滤波处理、联邦卡尔曼滤波算法及自适应联邦卡尔曼滤波算法的融合滤波处理研究。同时还进行了加权平均值算法在高速列车高速运行与低速运行时的对比研究，设计了基于高速列车速度的联邦卡尔曼滤波与自适应联邦卡尔曼滤波算法，探讨了4路传感器均正常与4路中某路传感器故障时的自适应联邦卡尔曼滤波问题。对设计的算法进行了大量的仿真验证与仿真结果统计对比分析。　　其次，依据高速列车安全、舒适、高效等运行目标，研究了高速铁路的线路限速、临时限速、列车参数与线路参数等内容，设计了基于Bang-Bang控制、PI控制、自适应模糊PID控制及专家监视操作控制的多模态智能控制算法。根据高速列车的运行特点、线路要求及速度运行状态等，优化了多模态智能控制算法的切换阈值。　　再次，研究了基于多信息融合滤波的多模态智能控制在高速列车的速度控制方法。根据真实列车参数与线路参数，分析了高速列车的受力与力计算，实现了高速列车速度的多模态智能控制设计与仿真。研究了基于多信息融合滤波的多模态智能控制算法，完成了高速列车的速度控制程序总流程图设计，以及基于真实列车参数与线路参数的高速列车速度控制设计，对设计的方法与算法在MATLAB下编程与仿真验证。　　最后，设计了基于脉冲信号采集卡的模拟仿真测试平台。该平台利用了组态软件读取硬件接口数据能力强的优点与MATLAB软件数据处理能力强的优点，完成了基于脉冲信号采集卡的模拟速度数据采集、存储、处理与显示等功能，并通过OPC技术实现了组态软件与MATLAB软件之间的数据通信，同时将接收到的4路实时模拟速度数据在MATLAB软件下进行了多信息融合滤波与多模态智能控制处理，实现了基于模拟测试平台的多信息融合滤波与多模态智能控制仿真。　　以上针对高速列车速度控制设进行了多速度信息融合滤波仿真、多模态智能控制仿真以及基于多信息融合滤波的多模态智能控制仿真，根据仿真结果知，联邦卡尔曼融合滤波及自适应联邦卡尔曼融合滤波处理取得了较好的效果，自适应联邦卡尔曼滤波算法应用于高速列车测速处理系统，提高了测速处理精度与系统的容错能力；多模态智能控制使高速列车速度控制系统具有较好的动态性能和稳态性能；结合多信息融合滤波与多模态智能控制的速度控制，发挥了两种方法的优点，可以保证高速列车的安全、高效和舒适运行。模拟仿真测试平台设计、调试与实现，验证了该设计方案的合理性与可行性。
作者：	侯涛
专业：	交通信息工程及控制
导师：	范多旺
授予学位：	博士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文