CN110949410B - 轨道交通列车编组运行控制方法及控制系统 - Google Patents

轨道交通列车编组运行控制方法及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轨道交通列车运行编组控制方法及控制系统，属于轨道交通运行控制技术领域，根据两车的间隔距离和位置信息，计算实际距离误差；结合实际距离误差，获取距离误差变换信息；根据实际距离误差和所述距离误差变换信息，确定距离耦合参数；结合距离耦合参数和两车速度信息，计算本车的实际速度误差；结合实际速度误差，获取速度误差变换信息；根据实际速度误差和速度误差变换信息，确定速度耦合参数；根据速度耦合参数，实时控制本车加速度，实现本车速度的实时调整。本发明实现了列车编队运行，同时保证列车与前行列车的相对位置误差与速度都保持在确定精度范围内，避免了编队运行而造成的潜在追尾事故，提高了列车编队运行的稳定性。

Description

轨道交通列车编组运行控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及轨道交通运行控制技术领域，具体涉及一种轨道交通列车编组运行控制方法及控制系统。
背景技术
铁路系统运力大、效率高、能耗低、污染小的特点使得我国多种铁路系统近年来得到了快速的发展，包括地铁系统、高速铁路、重载铁路等。随着日益增长的运输需求，如地铁系统早晚高峰、高速铁路节日运输等，使得铁路系统接近容量饱和运行。如何进一步提升铁路系统的运行效率，增加铁路系统的运力成为行业面临的新问题。列车编队运行是进一步缩短列车之间发车时间间隔、缩短列车空间间隔，从而提升铁路系统运力的方案。列车编队运行是指列车之间通过车车之间的通信(有线通信或无线通信)交互彼此的实时位置与实时速度信息，实现同步的加速减速动作，从而保证列车以一个固定的较小间隔运行控制方式，同时，通过通信的方式编组列车使得列车之间不存在物理连接方式，提升编组的灵活性。现有的列车自动控制通常以追踪由运行计划规定时间、离线优化生成目标速度距离曲线、列车追踪该目标速度距离曲线的方式运行，列车之间无交互通道，现有的自动驾驶系统控制模式不适用于列车的编队运行控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现列车编队运行控制，同时能够保证列车与前行列车的相对位置误差与速度都保持在确定精度范围内，避免由于编队运行而造成的潜在追尾事故，提高了列车编队运行的稳定性的轨道交通列车编组运行控制方法及控制系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供一种轨道交通列车编组运行控制方法，该方法包括如下步骤：
步骤S110：设置前车与本车的间隔距离，结合前车的位置信息和本车的位置信息，计算前车和本车间的实际距离误差；
步骤S120：根据列车运行控制曲线，确定本车的位置精度范围，结合所述实际距离误差，获取距离误差变换信息；
步骤S130：根据所述实际距离误差和所述距离误差变换信息，确定距离耦合参数；
步骤S140：结合所述距离耦合参数、前车速度信息以及本车速度信息，计算本车的实际速度误差；
步骤S150：根据列车运行控制曲线，确定本车的速度精度范围，结合所述实际速度误差，获取速度误差变换信息；
步骤S160：根据所述实际速度误差和所述速度误差变换信息，确定速度耦合参数；根据所述速度耦合参数，实时控制本车加速度，实现本车速度的实时调整。
优选的，所述步骤S110中，所述实际距离误差为：
e1＝p-pr-ph；其中，p表示本车的实时位置，pr表示前车的实时位置，ph表示前车和本车的间隔距离。
优选的，所述步骤S120中，所述距离误差变换信息为：
Figure BDA0002271915750000021
其中，ρp表示本车的位置精度范围。
优选的，所述步骤S130包括：
将所述实际距离误差和所述距离误差变换信息求和，得到复合距离误差：e1+s1；
将复合距离误差通过放大器放大，得：k1(e1+s1)；其中，k1为正常数距离控制参数；
将k1(e1+s1)反相，得距离耦合参数：u1＝-k1(e1+s1)。
优选的，所述步骤S140中，本车的实际速度误差为：
e2＝v-vr-(-k1(e1+s1))，其中，v表示本车的实时速度，vr表示前车的实时速度。
优选的，所述步骤S150中，速度误差变换信息为：
Figure BDA0002271915750000031
其中，ρv表示本车的速度精度范围。
优选的，所述步骤S160包括：
将所述实际速度误差和所述速度误差变换信息求和，得到复合速度误差：e2+s2；
将复合速度误差通过放大器放大，得：k2(e2+s2)；其中，k2为正常数速度控制参数；
将k2(e2+s2)反相，得速度耦合参数u2＝-k2(e2+s2)；将u输入列车控制系统，实时控制本车加速度，驱动本车运行。
另一方面，本发明还提供一种轨道交通列车编组运行控制系统，该系统包括：
实际距离误差计算模块，用于根据前车与本车的间隔距离，结合前车的位置信息和本车的位置信息，计算前车和本车间的实际距离误差；
距离误差变换模块，用于根据列车运行控制曲线，确定本车的位置精度范围，结合所述实际距离误差，获取距离误差变换信息；
距离耦合模块，用于将所述实际距离误差和所述距离误差变换信息求和，得到复合距离误差，将复合距离误差通过第一放大器放大后，再通过第一反相器反相，得距离误差耦合参数；
实际速度误差计算模块，用于结合所述距离耦合参数、前车速度信息以及本车速度信息，计算本车的实际速度误差；
速度误差变换模块，用于根据列车运行控制曲线，确定本车的速度精度范围，结合所述实际速度误差，获取速度误差变换信息；
速度耦合模块，用于将所述实际速度误差和所述速度误差变换信息求和，得到复合速度误差，将复合速度误差通过第二放大器放大后，再通过第二反相器反相，得速度误差耦合参数。
优选的，所述实际距离误差计算模块包括间隔距离设置单元、前车位置接收单元和本车位置采集单元；
所述间隔距离设置单元，用于设置本车与前车的间隔距离；
所述前车位置接收单元，用于实时获取前车的位置信息；
所述本车位置采集单元，用于实时获取本车的位置信息。
优选的，所述实际速度误差计算模块包括前车速度接收单元和本车速度采集单元；
所述前车速度接收单元，用于实时获取前车的速度信息；
所述本车速度采集单元，用于实时获取本车的速度信息。
本发明有益效果：列车稳定运行在前车之后设定的间隔距离处，列车位置与前行列车位置的误差值加上间隔距离维持在确定的位置精度范围中，同时，列车速度与前行列车速度的误差值维持在确定的速度精度范围中；最后，列车位置与前行列车位置的误差值加上间隔距离、列车速度与前行列车速度的误差值可以通过选区足够大的放大器系数调节至尽可能小；基于此，实现列车与前行列车的固定间隔、同步加减速运行。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所述的轨道交通列车编组运行控制系统原理框图。
图2是第1辆列车的目标速度距离曲线和坡度信息曲线。
图3是在第1辆列车追踪目标速度距离曲线，第2辆列车维持在第1辆列车之后100m处，第3辆列车维持在第2辆列车之后100m处的编队控制结果示意图。
图4显示了第1辆列车与目标距离的误差、第2辆列车与第1辆列车的位置误差加间隔距离、第3辆列车与第2辆列车的位置误差加间隔距离的结果示意图。
图5显示了第1辆列车于目标速度的误差、第2辆列车与第1辆列车的速度误差、第3辆列车与第2辆列车的速度误差的结果示意图。
图6为本发明实施例2所述的轨道交通列车编组运行控制系统原理框图。
图7为本发明实施例2所述的轨道交通列车编组运行控制方法流程图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
如图1所示，为了实现列车编队运行控制，同时能够保证列车与前行列车的相对位置误差与速度都保持在确定精度范围内，避免由于编队运行而造成的潜在追尾事故，提高了列车编队运行的稳定性，本发明实施例1提供一种轨道交通列车运行编组控制系统。
在使用该系统进行列车编组运行时，间隔距离单元设置列车与前行列车的间隔距离ph；前车位置接收单元接收前行列车发送的位置信息pr；列车定位单元采集当前列车位置信息p；将间隔距离单元的输出ph、前车位置接收单元的输出pr、列车定位单元的输出p，输入至求和器1，输出误差信号e1＝p-pr-ph，
通过位置精度单元设置确定的位置精度范围ρp；将求和器1的输出e1和位置精度单元的输出ρp，输入至变换单元1，得到变换后的信号为
Figure BDA0002271915750000061
将误差信号e1和变换信号s1输入至求和器2，输出复合误差e1+s1；将求和器2的输出信号e1+s1输入至放大器1，输出k1(e1+s1)；其中，k1为正常数距离控制参数。
将k1(e1+s1)输入至反相器1，输出-k1(e1+s1)；
前车速度接收单元接收前行列车发送的速度信息vr；
列车测速单元采集当前列车速度信息v；
将前车速度接收单元vr、列车测速单元v、反相器1的输出-k1(e1+s1)，输入至求和器3，输出误差信号e2＝v-vr-(-k1(e1+s1))。
速度精度单元设置确定的速度精度范围ρv；
将求和器3的输出e2和速度精度单元的输出ρv，输入至变换单元2，得到变换后的信号
Figure BDA0002271915750000071
将误差信号e2和变换信号s2输入至求和器4，输出复合误差e2+s2；
将求和器4的输出信号e2+s2输入至放大器2，输出k2(e2+s2)；其中，k2为正常数速度控制参数；
将k2(e2+s2)输入至反相器2，输出-k2(e2+s2)；
将-k2(e2+s2)输入至列车，控制列车的加速度，驱动列车运行；
将列车定位单元的输出p、列车测速单元的输出v，经位置发送单元和速度发送单元发送至后行列车的位置接收单元和速度接收单元，进一步通过上述方法实现后车的加速度控制，以此完成列车编组运行的控制，保证列车与前行列车的相对位置误差与速度都保持在确定精度范围内，避免由于编队运行而造成的潜在追尾事故，提高了列车编队运行的稳定性。
在本发明实施例1中，列车动力学模型可由如下二阶微分方程描述
Figure BDA0002271915750000072
其中，p和v分别代表列车的位置和速度，本实施例1给出3列车的编队控制结果，确定的位置精度范围为20cm，确定的速度精度范围为0.1m/s，间隔距离ph＝100m。列车1的速度初始值和位置初始值均为0，控制参数k1＝2，k2＝5；列车2的速度初始值为0，位置初始值为-100，控制参数k1＝3，k2＝6；列车3的速度初始值为0，位置初始值为-200，控制参数k1＝4，k2＝8。
如图2所示，是第1辆列车的目标速度距离曲线和坡度信息曲线。图3所示，是在第1辆列车追踪目标速度距离曲线，第2辆列车维持在第1辆列车之后100m处，第3辆列车维持在第2辆列车之后100m处的编队控制结果示意图。
图4显示了第1辆列车与目标距离的误差、第2辆列车与第1辆列车的位置误差加间隔距离、第3辆列车与第2辆列车的位置误差加间隔距离的结果示意图，可以看出，误差值都被约束于确定的位置精度上界+20cm和确定的位置精度下界-20cm之间。
图5显示了第1辆列车于目标速度的误差、第2辆列车与第1辆列车的速度误差、第3辆列车与第2辆列车的速度误差的结果示意图，可以刊出，误差值都被约束于确定的速度精度上界+0.1m/s和确定的速度精度下界-0.1m/s之间。
实施例2
如图6所示，本发明实施例2提供一种轨道交通列车编组运行控制系统，该系统包括：
实际距离误差计算模块，用于根据前车与本车的间隔距离，结合前车的位置信息和本车的位置信息，计算前车和本车间的实际距离误差；
距离误差变换模块，用于根据列车运行控制曲线，确定本车的位置精度范围，结合所述实际距离误差，获取距离误差变换信息；
距离耦合模块，用于将所述实际距离误差和所述距离误差变换信息求和，得到复合距离误差，将复合距离误差通过第一放大器放大后，再通过第一反相器反相，得距离误差耦合参数；
实际速度误差计算模块，用于结合所述距离耦合参数、前车速度信息以及本车速度信息，计算本车的实际速度误差；
速度误差变换模块，用于根据列车运行控制曲线，确定本车的速度精度范围，结合所述实际速度误差，获取速度误差变换信息；
速度耦合模块，用于将所述实际速度误差和所述速度误差变换信息求和，得到复合速度误差，将复合速度误差通过第二放大器放大后，再通过第二反相器反相，得速度误差耦合参数。
所述实际距离误差计算模块包括间隔距离设置单元、前车位置接收单元和本车位置采集单元；所述间隔距离设置单元，用于设置本车与前车的间隔距离；所述前车位置接收单元，用于实时获取前车的位置信息；所述本车位置采集单元，用于实时获取本车的位置信息。
所述实际速度误差计算模块包括前车速度接收单元和本车速度采集单元；所述前车速度接收单元，用于实时获取前车的速度信息；所述本车速度采集单元，用于实时获取本车的速度信息。
如图7所示，本发明实施例2中，利用上述系统实现列车编组运行的方法包括如下流程步骤。
步骤S110：设置前车与本车的间隔距离，结合前车的位置信息和本车的位置信息，计算前车和本车间的实际距离误差；
步骤S120：根据列车运行控制曲线，确定本车的位置精度范围，结合所述实际距离误差，获取距离误差变换信息；
步骤S130：根据所述实际距离误差和所述距离误差变换信息，确定距离耦合参数；
步骤S140：结合所述距离耦合参数、前车速度信息以及本车速度信息，计算本车的实际速度误差；
步骤S150：根据列车运行控制曲线，确定本车的速度精度范围，结合所述实际速度误差，获取速度误差变换信息；
步骤S160：根据所述实际速度误差和所述速度误差变换信息，确定速度耦合参数；根据所述速度耦合参数，实时控制本车加速度，实现本车速度的实时调整。
所述步骤S110中，所述实际距离误差为：
e1＝p-pr-ph；其中，p表示本车的实时位置，pr表示前车的实时位置，ph表示前车和本车的间隔距离。
所述步骤S120中，所述距离误差变换信息为：
Figure BDA0002271915750000101
其中，ρp表示本车的位置精度范围。
所述步骤S130包括：
将所述实际距离误差和所述距离误差变换信息求和，得到复合距离误差：e1+s1；
将复合距离误差通过放大器放大，得：k1(e1+s1)；其中，k1为正常数距离控制参数；
将k1(e1+s1)反相，得距离耦合参数：u1＝-k1(e1+s1)。
所述步骤S140中，本车的实际速度误差为：e2＝v-vr-(-k1(e1+s1))，其中，v表示本车的实时速度，vr表示前车的实时速度。
所述步骤S150中，速度误差变换信息为：
Figure BDA0002271915750000102
其中，ρv表示本车的速度精度范围。
所述步骤S160包括：
将所述实际速度误差和所述速度误差变换信息求和，得到复合速度误差：e2+s2；
将复合速度误差通过放大器放大，得：k2(e2+s2)；其中，k2为正常数速度控制参数；
将k2(e2+s2)反相，得速度耦合参数u2＝-k2(e2+s2)；将u输入列车控制系统，实时控制本车加速度，驱动本车运行。
综上所述，本发明实施例所述的轨道交通列车运行编组控制方法和控制系统，可以实现列车的固定间隔、同步加减速的编队控制。一方面，列车稳定运行在前车之后设定的间隔距离处；另一方面，列车位置与前行列车位置的误差值加上间隔距离维持在确定的位置精度范围中，同时，列车速度与前行列车速度的误差值维持在确定的速度精度范围中；最后，列车位置与前行列车位置的误差值加上间隔距离、列车速度与前行列车速度的误差值可以通过选区足够大的放大器系数调节至尽可能小；基于此，实现列车与前行列车的固定间隔、同步加减速运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种轨道交通列车编组运行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S110：设置前车与本车的间隔距离，结合前车的位置信息和本车的位置信息，计算前车和本车间的实际距离误差；
步骤S120：根据列车运行控制曲线，确定本车的位置精度范围，结合所述实际距离误差，获取距离误差变换信息；
步骤S130：根据所述实际距离误差和所述距离误差变换信息，确定距离耦合参数；
步骤S140：结合所述距离耦合参数、前车速度信息以及本车速度信息，计算本车的实际速度误差；
步骤S150：根据列车运行控制曲线，确定本车的速度精度范围，结合所述实际速度误差，获取速度误差变换信息；
步骤S160：根据所述实际速度误差和所述速度误差变换信息，确定速度耦合参数；根据所述速度耦合参数，实时控制本车加速度，实现本车速度的实时调整；
所述步骤S110中，所述实际距离误差为：
e1＝p-pr-ph；其中，p表示本车的实时位置，pr表示前车的实时位置，ph表示前车和本车的间隔距离；
所述步骤S120中，所述距离误差变换信息为：
Figure FDA0002758372100000011
其中，ρp表示本车的位置精度范围；
所述步骤S130包括：
将所述实际距离误差和所述距离误差变换信息求和，得到复合距离误差：e1+s1；
将复合距离误差通过放大器放大，得：k1(e1+s1)；其中，k1为正常数距离控制参数；
将k1(e1+s1)反相，得距离耦合参数：u1＝-k1(e1+s1)。
2.根据权利要求1所述的轨道交通列车编组运行控制方法，其特征在于，所述步骤S140中，本车的实际速度误差为：e2＝v-vr-(-k1(e1+s1))，其中，v表示本车的实时速度，vr表示前车的实时速度。
3.根据权利要求2所述的轨道交通列车编组运行控制方法，其特征在于，所述步骤S150中，速度误差变换信息为：
Figure FDA0002758372100000021
其中，ρv表示本车的速度精度范围。
4.根据权利要求3所述的轨道交通列车编组运行控制方法，其特征在于，所述步骤S160包括：
将所述实际速度误差和所述速度误差变换信息求和，得到复合速度误差：e2+s2；
将复合速度误差通过放大器放大，得：k2(e2+s2)；其中，k2为正常数速度控制参数；
将k2(e2+s2)反相，得速度耦合参数u2＝-k2(e2+s2)；将u输入列车控制系统，实时控制本车加速度，驱动本车运行。
5.一种轨道交通列车编组运行控制系统，其特征在于，包括：
实际距离误差计算模块，用于根据前车与本车的间隔距离，结合前车的位置信息和本车的位置信息，计算前车和本车间的实际距离误差；
距离误差变换模块，用于根据列车运行控制曲线，确定本车的位置精度范围，结合所述实际距离误差，获取距离误差变换信息；
距离耦合模块，用于将所述实际距离误差和所述距离误差变换信息求和，得到复合距离误差，将复合距离误差通过第一放大器放大后，再通过第一反相器反相，得距离误差耦合参数；
实际速度误差计算模块，用于结合所述距离误差耦合参数、前车速度信息以及本车速度信息，计算本车的实际速度误差；
速度误差变换模块，用于根据列车运行控制曲线，确定本车的速度精度范围，结合所述实际速度误差，获取速度误差变换信息；
速度耦合模块，用于将所述实际速度误差和所述速度误差变换信息求和，得到复合速度误差，将复合速度误差通过第二放大器放大后，再通过第二反相器反相，得速度耦合参数。
6.根据权利要求5所述的轨道交通列车编组运行控制系统，其特征在于，所述实际距离误差计算模块包括间隔距离设置单元、前车位置接收单元和本车位置采集单元；
所述间隔距离设置单元，用于设置本车与前车的间隔距离；
所述前车位置接收单元，用于实时获取前车的位置信息；
所述本车位置采集单元，用于实时获取本车的位置信息。
7.根据权利要求5所述的轨道交通列车编组运行控制系统，其特征在于，所述实际速度误差计算模块包括前车速度接收单元和本车速度采集单元；
所述前车速度接收单元，用于实时获取前车的速度信息；
所述本车速度采集单元，用于实时获取本车的速度信息。
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