KR101669879B1 - 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치 및 방법을 개시한다.　열차의 제동 지연시간을 고려하여 열차의 상태변화를 피드포워드 방식(Feedforward), 칼만 필터 방식 및 모델예측제어 기법 등과 같은 다양한 예측 방식을 기반으로 예측하고, 그 결과에 기초하여 열차에 전달되는 동력의 크기 및 인가 시점을 제어함에 따라 열차의 정위치 정차 제어의 정확성을 향상시킬 수 있다.

Description

열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL OF STOP POSITION OF TRAIN}
본 발명은 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예측 기반 제어를 통해 열차의 정위치 정차의 정확성을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
대표적인 교통수단인 열차는 최근까지 차량 자체의 발달뿐만 아니라 신호 시스템과 PSD(platform screen door)와 같은 승객 편의 시설도 발달되어 왔다.
이러한 열차는 승객 편의와 안전 및 PSD와의 간섭 방지를 위해 정위치에 정차해야 한다. 정위치 정차를 위해 열차 시스템은 위치, 속도, 가속도 등과 같은 상태변수 출력을 다시 피드백 제어를 통해 제동력을 계산하여 제어를 수행한다. 피드백 방법으로 PID 제어(proportional integral derivative control)가 일반적으로 이용되나, 적응제어 또는 최적제어를 이용하는 방법이 사용되기도 한다.
지금까지 피드백 제어를 통해 정차를 수행하는 기술은 계산된 힘이 즉각적으로 열차 시스템에 반영된다고 가정할 때 적용될 수 있었다. 그러나, 열차 시스템에서 정위치 정차를 수행하는 자동열차운전장치(Automatic Train Operator, ATO)에서 제동기로 명령이 전달되는 시간, 제동기가 반응하는 시간이 약 0.2초 정도되며 특히 공기 제동기의 경우 목표로 하는 제동력이 발생되기 까지는 2초 정도가 소요, 즉 제동 지연시간이 발생하여 정위치에 정차하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 일정기간 동안(대략 6개월) 시운전을 통해 각 역마다 차량 중량에 따른 PID 계수를 조정하여 정위치 정차를 수행하고는 있으나 여러 가지 외란이 있을 때 규격을 벗어나는 경우가 발생되기도 한다. 또한, 최근에는 혼잡도 완화 등의 목적으로 차량 발주 규격에서 출입문 폭을 넓히는 것을 검토하고 있으나 PSD와의 간섭 방지를 위해서는 강화된 정위치 정차 규격이 필요하며 기존의 방식에서는 이를 충족하기에는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은, 예측 기반 제어를 통해 열차의 정위치 정차의 정확성을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 열차의 정위치 정차 제어를 위한 장치에 있어서, 상기 열차의 제동 지연시간을 고려하여 상기 열차의 상태변화를 예측하기 위한 제어입력신호를 생성하는 제동 관리부; 및 상기 제어입력신호에 기초하여 상기 열차로 전달되는 동력을 결정하는 동력 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어입력신호는 상기 정위치 정차 제어를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제동 관리부는, 상기 열차의 상태변화가 피드포워드(Feedforward) 방식을 기반으로 예측되는 경우, 상기 제동 지연시간을 보상하기 위해 레퍼런스 속도를 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트한 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre) 및 정차를 위한 기본적인 제2 레퍼런스 속도(Vref)를 생성하는 속도 프로파일부; 및 상기 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre)를 이용하여 상기 제2 레퍼런스 속도(Vref) 보다 소정의 시간 앞서 피드포워드 제어를 수행하는 피드포워드 PID 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 피드포워드 PID 제어부는, 상기 제2 레퍼런스 속도와 이전 시점에서 발생된 피드백 출력속도를 이용하여 PID(proportional integral derivative) 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제동 관리부는, 상기 열차의 상태변화가 칼만 필터 방식을 기반으로 예측되는 경우, 미리 결정된 PSM(Precision Stop Marker) 정보를 기준으로 위치 오차를 보정하는 오차 보정부; 및 상기 열차의 현재 상태변수와 상기 다음 측정시간의 상태변수의 추정치를 칼만필터 함수에 적용하여 상기 정위치 정차 제어를 위한 추정변환과정을 통해 제어입력신호를 생성하는 칼만필터 적용부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 칼만필터 적용부는, 상기 다음 측정시간의 상태변수의 추정치를 산출하는 상태 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 칼만필터 적용부는, 상기 추정변환과정을 통해 상기 감속도의 크기를 결정하고, 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되도록 제어하는 상태 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제동 관리부는, 상기 열차의 상태변화가 모델예측제어 기법을 기반으로 예측되는 경우, 매 샘플링 시간마다 이전의 상태변수를 참고하여 관측 변수에 대한 경우의 수를 조합하는 것에 의해 입력 조합 정보를 생성하는 입력 조합 생성부; 상기 입력 조합 정보를 이용하여 소정의 시간 동안 상기 열차의 상태변화를 예측하는 상태변화 예측부; 및 상기 상태변화를 예측한 결과를 이용하여 상기 감속도의 크기를 결정하고, 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 최적의 상태변화가 되도록 하는 입력을 선택하여 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되도록 제어하는 최적 조합 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열차의 질량오차를 추정하여 상기 감속도와 동일한 단위로 변경하는 것에 의해 오차 보상 가속도를 생성하는 오차 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 동력 산출부는, 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달된 감속도와 상기 오차 보상 가속도를 이용하여 상기 동력을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 열차의 정위치 정차 제어를 위한 방법에 있어서, 상기 열차의 제동 지연시간을 고려하여 상기 열차의 상태변화를 예측하기 위한 제어입력신호를 생성하는 단계; 및 상기 제어입력신호에 기초하여 상기 열차로 전달되는 동력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어입력신호는 상기 정위치 정차 제어를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어입력신호를 생성하는 단계에서 상기 열차의 상태변화가 피드포워드 방식을 기반으로 예측되는 경우, 상기 제동 지연시간을 보상하기 위해 레퍼런스 속도를 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트한 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre) 및 정차를 위한 기본적인 제2 레퍼런스 속도(Vref)를 생성하는 단계; 및 상기 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre)를 이용하여 상기 제2 레퍼런스 속도(Vref) 보다 소정의 시간 앞서 피드포워드 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어입력신호를 생성하는 단계는, 이전 시점에서 발생된 피드백 출력속도를 전달받는 단계; 및 상기 제2 레퍼런스 속도와 상기 피드백 출력속도를 이용하여 PID(proportional integral derivative) 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어입력신호를 생성하는 단계에서 상기 열차의 상태변화가 칼만 필터 방식을 기반으로 예측되는 경우, 미리 결정된 PSM(Precision Stop Marker) 정보를 기준으로 위치 오차를 보정하는 단계; 및 상기 열차의 현재 상태변수와 상기 다음 측정시간의 상태변수의 추정치를 칼만필터 함수에 적용하여 상기 정위치 정차 제어를 위한 추정변환과정을 통해 제어입력신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어입력신호를 생성하는 단계는, 상기 추정변환과정을 통해 상기 감속도의 크기를 결정하는 단계; 및 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 상기 감속도가 전달되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어입력신호를 생성하는 단계에서 상기 열차의 상태변화가 모델예측제어 기법을 기반으로 예측되는 경우, 매 샘플링 시간마다 이전의 상태변수를 참고하여 관측 변수에 대한 경우의 수를 조합하는 것에 의해 입력 조합 정보를 생성하는 단계; 상기 입력 조합 정보를 이용하여 소정의 시간 동안 상기 열차의 상태변화를 예측하는 단계; 및 상기 상태변화를 예측한 결과를 이용하여 상기 감속도의 크기를 결정하고, 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 최적의 상태변화가 되도록 하는 입력을 선택하여 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열차의 질량오차를 추정하여 상기 감속도와 동일한 단위로 변경하는 것에 의해 오차 보상 가속도를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 동력을 결정하는 단계는, 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되는 감속도와 상기 오차 보상 가속도를 이용하여 상기 동력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명의 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치 및 방법에 의하면, 열차의 제동 지연시간을 고려하여 열차의 상태변화를 피드포워드 방식(Feedforward), 칼만 필터 방식 및 모델예측제어 기법 등과 같은 다양한 예측 방식을 기반으로 예측하고, 그 결과에 기초하여 열차에 전달되는 동력의 크기 및 인가 시점을 제어함에 따라 열차의 정위치 정차 제어의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 제동 관리부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 제동 관리부의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 칼만 필터 방식을 기반으로 예측을 수행하는 흐름의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 제동 관리부의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모델예측제어 기법을 위한 입력 조합 정보를 생성하는 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모델예측제어 기법을 적용하여 예측을 수행하는 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 방식으로 동작하는 제동 관리부에서 제어입력신호를 생성하는 동작 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 칼만 필터 방식으로 동작하는 제동 관리부에서 제어입력신호를 생성하는 동작 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 모델예측제어 기법을 기반으로 동작하는 제동 관리부에서 제어입력신호를 생성하는 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치(이하, "열차 정차위치 제어장치"라고 함)(100)는 적어도 하나의 객차를 포함하는 열차에 탑재되며, 열차의 정위치 제어(이하, "정위치 정차제어"라고 함)의 정확성이 향상될 수 있도록 예측 알고리즘을 기반으로 정차 위치를 제어한다. 이러한 열차 정차위치 제어장치(100)는 제동 관리부(110), 오차 추정부(120) 및 동력 산출부(130)를 포함한다.
제동 관리부(110)는 정위치 정차를 위해 열차의 브레이크 타임 딜레이(time delay)에 의해 제동력이 발생하기까지의 지연시간(이하, "제동 지연시간"이라고 함)을 고려하여 제동 시 열차의 상태변화를 예측하며, 예측한 결과에 기초하여 제어입력신호를 생성한다. 본 발명의 실시예에 따른 제어입력신호는 열차에 인가되어야 할 감속도의 크기 및 인가되는 시점(이하, "인가 시점"이라고 함)을 포함한다.
오차 추정부(120)는 열차의 출력 가속도와 컨트롤러의 출력 신호를 이용하여 전체 차량의 질량오차를 추정한다. 오차 추정부(120)는 추정한 질량오차의 단위가 제동 관리부(110)의 출력, 즉 감속도와 동일한 단위가 되도록 변경하여 오차보상 가속도를 생성한다. 본 발명의 실시예에 따른 열차의 질량은 승객의 탑승으로 인해 매 승차역마다 변하므로 열차가 출발하기 직전에 응하중센서를 이용하여 측정된다. 본 발명의 실시예에서는 오차 추정부를 별도로 구성하여 오차를 보상하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 오차 보상의 기능이 제동 관리부 또는 동력 산출부에서 수행할 수도 있다.
동력 산출부(130)는 제동 관리부(110)로부터 전달된 감속도와 오차 추정부(120)로부터 전달된 오차보상 가속도를 이용하여 정위치 정차를 위한 동력을 산출한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 동력은 브레이크 속도에 따른 비선형 특성과 제동 지연시간 특성을 반영하여 산출되며, 열차의 견인력, 제동력 및 열차가 받는 저항력인 주행저항 등 더한 값이다.
도 2는 도 1에 도시한 제동 관리부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제동 관리부(110a)는 피드포워드 방식(Feedforward)을 기반으로 정차를 위한 기본적인 레퍼런스 속도뿐만 아니라 제동 지연시간을 고려하여 예측한 예측 레퍼런스를 이용하여 정위치 정차 제어를 위한 제어입력신호를 생성한다.
보다 구체적으로, 제동 관리부(110a)는 속도 프로파일부(111a) 및 피드포워드 PID(Feedforward Proportional Integral Derivative) 제어부(112a)를 포함한다.
속도 프로파일부(111a)는 열차가 정차 구간에 정지할 때까지의 상황을 가정하여 정위치 정차를 위한 속도 프로파일 신호를 생성한다. 본 발명의 실시예에 따른 속도 프로파일 신호는 제동 지연시간을 보상하기 위해 레퍼런스 속도를 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트한 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre) 및 현재 속도와의 오차에 따라 정차를 위한 제어입력을 산출하기 위한 기본적인 제2 레퍼런스 속도(Vref)를 포함한다. 속도 프로파일부(111a)는 속도 프로파일 신호를 피드포워드 PID 제어부(112a)로 전달한다.
피드포워드 PID 제어부(112a)는 속도 프로파일부(111a)로부터 속도 프로파일 신호를 전달받는다. 이때, 피드포워드 PID 제어부(112a)는 이전 시점에 발생된 피드백 출력속도(Voutput)가 존재하면, 이를 수신한다. 피드포워드 PID 제어부(112a)는 속도 프로파일 신호와 출력속도(Voutput)를 이용하여 피드포워드 제어(FF)와 PID(proportional integral derivative) 제어를 동시에 수행한다. 다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 PID 제어부(112a)는 적용되는 시스템에 따라 P, PI, PD, PID 등의 방식으로 제어될 수 있다.
예를 들어, 피드포워드 PID 제어부(112a)는 속도 프로파일 신호의 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre)를 이용하여 제2 레퍼런스 속도(Vref) 보다 소정의 시간 앞서 피드포워드 제어(1121a)를 수행한다. 동시에, 피드포워드 PID 제어부(112a)는 제2 레퍼런스 속도(Vref)와 현재 출력속도(Voutput)와의 차이를 산출하고, 이를 이용하여 오차에 대한 피드백 제어인 P(propotional) 제어(1122a) 및 I(integral) 제어(1123a)를 수행한다. 즉, 현재 속도의 오차에 대하여 오차의 크기 자체(P), 오차의 변화량(D), 오차의 누적값(I) 등에 대해 피드백 하여 제어한다. 또한, 피드포워드 PID 제어부(112a)는 피드포워드 제어(1121a), P 제어(1122a) 및 I 제어(1123a)를 수행한 결과에 승차감 및 급제동 등과 관련된 제어(1124a)를 수행하여 열차의 정위치 정차를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점을 결정한다.
본 발명의 실시예에서는 승차감 및 급제동 등과 관련된 제어(1124a)를 제동 관리부(110a)에서 수행하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 동력 산출부(130)에서 동일한 기능을 수행할 수 있다. 그에 따라, 승차감 및 급제동 등과 관련된 제어를 피드포워드 방식뿐만 아니라 후술하는 칼만 필터 방식 및 모델예측제어 기법에도 적용할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 제동 관리부의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 칼만 필터 방식을 기반으로 예측을 수행하는 흐름의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제동 관리부(110b)는 칼만 필터 방식을 기반으로 정위치 정차 제어를 위한 제어입력신호를 생성한다. 본 발명의 실시예에 따른 칼만 필터 방식은 이전의 측정데이터와 새로운 측정데이터를 사용하여 데이터에 포함된 노이즈를 필터링하여 새로운 결과를 추정하는 종래 칼만 필터 방식과 달리 도 4와 같이 먼저 위치, 속도 등의 관측 데이터로 상태를 추정(511) 한 후 다음 측정시간의 상태를 예측(512)하고 정위치 정차 제어가 가능하도록 제어입력신호를 도출(513)하는 방식으로 변형하여 적용한다. 다시 말해, 예측하는 단계에서는 도 5에 도시한 종래 칼만 필터 방식과 같이 예측 단계(①)와 제어입력 도출을 위한 업데이트 단계(②)를 번갈아 가며 재귀적으로 동작하며, 이 때 업데이트 단계(②)에서 새로운 상태를 추정하는 것이 아닌 추정된 상태를 정위치 정차 제어를 위한 바람직한 목표상태가 될 수 있도록 변환하는 과정을 거쳐 제어입력신호를 도출하는 것으로 변형하여 적용한다.
보다 구체적으로, 다시 도 3을 참고하면, 제동 관리부(110b)는 오차 보정부(111b) 및 칼만필터 적용부(113b)를 포함한다.
오차 보정부(111b)는 미리 결정된 정차 위치 마커인 PSM(Precision Stop Marker) 정보(112b)를 기준으로 상태변화 측정치에 양자화 오차, 슬립 오차 등이 반영되도록 오차를 보정한다. 오차 보정부(111b)는 오차 반영 결과를 칼만필터 적용부(113b)로 전달한다. 본 발명의 실시예에 따른 칼만 필터 방식을 기반으로 정위치 정차 제어의 수행 시 오차 보정부(111b)에서 PSM 정보를 기준으로 위치 오차를 보정하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 오차 보정부(111b)의 구성이 제동 관리부(110)가 아닌 다른 별도의 구성으로 독립적으로 존재할 수 도 있다. 그에 따라, PSM 정보를 기준으로 위치 오차를 보정하는 기능을 칼만 필터 방식뿐만 아니라 피드포워드 방식 및 모델예측제어 기법에도 적용할 수 있다.
칼만필터 적용부(113b)는 상태 추정부(1131b) 및 제어입력 생성부(1132b)를 포함한다.
상태 추정부(1131b)는 다음 측정시간의 상태변수 추정치(이하, "상태변수 추정치"라고 함)(F2)를 획득한다. 상태 추정부(1131b)는 상태변수 추정치(F2)를 제어입력 생성부(1132b)로 전달한다.
제어입력 생성부(1132b)는 정위치 정차 제어를 위한 바람직한 목표상태가 되도록 상태변수 추정치(F2)를 변환하는 과정(이하, "추정변환과정"이라고 함)(F3)을 통해 제어입력신호를 생성한다. 즉, 제어입력 생성부(1132b)는 추정변환과정(F3)을 거쳐 획득한 상태변수를 이용하여 정위치 정차 제어를 위한 감속도를 검출한다. 칼만필터 적용부(113b)는 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트된 시간에 검출된 해당 감속도가 출력되도록 제어한다.
본 발명의 실시예에서는 시스템 모델부(114b)를 이용하여 칼만 필터 방식을 기반으로 한 전술한 과정을 실제 시스템에 반영한 것과 같이 모델링을 수행할 수 도 있다.
도 6은 도 1에 도시한 제동 관리부의 또 다른 예를 나타내는 도면이다. 도7은 본 발명의 실시예에 따른 모델예측제어 기법을 위한 입력 조합 정보를 생성하는 일례를 나타내는 도면이다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모델예측제어 기법을 적용하여 예측을 수행하는 일례를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제동 관리부(110c)는 모델예측제어 기법을 기반으로 정위치 정차 제어를 위한 제어입력신호를 생성한다.
보다 구체적으로, 제동 관리부(110c)는 입력 조합 생성부(111c), 상태변화 예측부(112c) 및 최적 조합 선택부(113c)를 포함한다.
입력 조합 생성부(111c)는 도 7과 같이 현재시점(k)으로부터 미래의 정해진 시점(k+p)까지 매 샘플링 시간(k, k+1, k+2...k+p)마다 이전의 상태변수를 참고하여 입력 가능한 속도, 위치, 시간 등과 같은 관측 변수에 대한 경우의 수를 조합하는 것에 의해 입력 조합 정보를 생성한다. 입력 조합 생성부(111c)는 입력 조합 정보의 생성이 완료되었음을 상태변화 예측부(112c)로 알린다.
상태변화 예측부(112c)는 입력 조합 정보에 포함된 관측 변수에 대한 다양한 경우의 수를 이용하여 소정의 시간 동안 열차의 상태변화를 예측하고, 그 결과를 최적 조합 선택부(113c)로 전달한다. 예를 들어, 도 8과 같이 정차 시점까지의 거리에 따른 속도에 대한 상태변화와 도 9와 같이 제동 지연시간을 고려하여 인가시점을 예측하는 것으로 가정하면, 상태변화 예측부(112c)는 입력 조합 정보(810)에 포함된 다양한 경우의 수에 대한 관측 데이터를 해당 인가시점에 관련 장치로 전달하면서 열차의 상태변화(820)를 출력하고, 열차의 상태변화(820)를 최적 조합 선택부(113c)로 전달한다.
최적 조합 선택부(113c)는 상태변화 예측 결과를 상태변화 예측부(112c)로부터 전달받는다. 최적 조합 선택부(113c)는 미래의 정해진 시점까지의 상태변화 예측 결과를 이용하여 정위치 정차 제어를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점을 결정한다. 즉, 최적 조합 선택부(113c)는 미래의 정해진 시점까지의 상태변화 예측 결과를 이용하여 정위치 정차 제어를 위한 감속도의 크기를 결정하고, 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 최적의 상태변화가 되도록 하는 입력을 선택하여 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되도록 제어한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열차 정차위치 제어장치(100)의 제동 관리부(110)는 열차의 정위치 제어를 위해 제동 지연시간을 고려하여 열차의 상태변화를 예측한다(S100). 제동 관리부(110)는 예측한 결과에 기초하여 열차에 인가되어야 할 감속도의 크기 및 인가 시점을 포함하는 제어입력신호를 생성한다(S110). 제동 관리부(110)는 제어입력신호를 동력 산출부(130)로 전달한다.
한편, 오차 추정부(120)는 열차의 출력 가속도와 컨트롤러의 출력 신호를 이용하여 전체 차량의 질량오차를 추정한다(S120). 오차 추정부(120)는 추정한 질량오차의 단위가 감속도와 동일한 단위가 되도록 변경하여 오차보상 가속도를 생성한다(S130). 오차 추정부(120)는 오차보상 가속도를 동력 산출부(130)로 전달한다.
동력 산출부(130)는 감속도와 오차보상 가속도를 이용하여 제동 지연시간 특성이 고려된 정위치 정차를 위한 동력을 산출한다(S140).
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 방식으로 동작하는 제동 관리부에서 제어입력신호를 생성하는 동작 흐름도이다.
도 2 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 제동 관리부(110a)의 속도 프로파일부(111a)는 제동 지연시간을 고려하여 레퍼런스 속도를 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트한 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre) 및 정차를 위한 기본적인 제2 레퍼런스 속도(Vref)를 포함하는 속도 프로파일 신호를 생성한다. 속도 프로파일부(111a)는 속도 프로파일 신호를 피드포워드 PID 제어부(112a)로 전달한다(S200). 즉, 속도 프로파일부(111a)는 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre) 및 제2 레퍼런스 속도(Vref)를 피드포워드 PID 제어부(112a)로 전달한다.
피드포워드 PID 제어부(112a)는 속도 프로파일부(111a)로부터 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre) 및 제2 레퍼런스 속도(Vref)를 전달받는다. 이와 동시에 피드포워드 PID 제어부(112a)는 이전 시점에 발생된 객차의 출력속도(Voutput)를 피드백 받는다(S210).
그리고, 피드포워드 PID 제어부(112a)는 제1 레퍼런스 속도(Vref.pre)를 이용하여 제2 레퍼런스 속도(Vref) 보다 소정의 시간 앞서 피드포워드 제어(1121a)를 수행한다(S230). 피드포워드 PID 제어부(112a)는 제2 레퍼런스 속도(Vref)와 출력속도(Voutput)를 이용하여 PID(proportional integral derivative) 제어를 수행한다(S230). 피드포워드 PID 제어부(112a)는 피드포워드 제어, PID 제어를 수행한 결과를 더한 후 승차감 및 급제동 등과 관련된 제어를 반영하여 정위치 정차를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점, 즉 제어입력신호를 결정한다(S240).
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 칼만 필터 방식으로 동작하는 제동 관리부에서 제어입력신호를 생성하는 동작 흐름도이다.
도 3 및 도 12을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 제동 관리부(110b) 의 오차 보정부(111b)는 미리 결정된 정차 위치 마커인 PSM(Precision Stop Marker) 정보(112b)를 기준으로 상태변화 측정 결과에 양자화 오차, 슬립 오차 등이 반영되도록 오차를 보정한다(S300). 오차 보정부(111b)는 오차 반영 결과를 칼만필터 적용부(113b)로 전달한다.
칼만필터 적용부(113b)의 상태 추정부(1131b)는 상태변수 예측함수의 A, B, H, D의 4개의 행렬에 이전 상태로부터 추정한 상태변수(x)와 이전 상태에서의 제어 입력(u) 및 위치, 속도 등의 관측값(z)을 적용하여 다음 측정시간의 상태변수 추정치(F2)를 예측한다(S310). 상태 추정부(1131b)는 상태변수 추정치(F2)를 제어입력 생성부(1132b)로 전달한다.
제어입력 생성부(1132b)는 정위치 정차 제어를 위한 바람직한 목표상태가 되도록 상태변수 추정치(F2)를 변환하는 추정변환과정(F3)을 수행한다. 즉, 제어입력 생성부(1132b)는 상태변수 추정치(F2)가 바람직한 목표상태가 되도록 새로운 상태변수를 생성하는 추정변환과정을 수행하고 정위치 정차를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점, 즉 제어입력신호를 결정한다(S320).
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 모델예측제어 기법을 기반으로 동작하는 제동 관리부에서 제어입력신호를 생성하는 동작 흐름도이다.
도 6 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 제동 관리부(110c) 의 입력 조합 생성부(111c)는 현재시점으로부터 미래의 정해진 시점까지 매 샘플링 시간마다 이전의 상태변수를 참고하여 입력 가능한 속도, 위치, 시간 등과 같은 관측 변수에 대한 경우의 수를 조합하여 입력 조합 정보를 생성한다(S400). 입력 조합 생성부(111c)는 입력 조합 정보의 생성이 완료되었음을 상태변화 예측부(112c)로 알린다.
상태변화 예측부(112c)는 입력 조합 정보에 포함된 관측 변수에 대한 다양한 경우의 수를 관련 장치로 전달하면서 열차의 상태변화를 예측한다(S410). 상태변화 예측부(112c)는 상태변화 예측 결과를 최적 조합 선택부(113c)로 전달한다.
최적 조합 선택부(113c)는 미래의 정해진 시점까지의 상태변화 예측 결과 중 정위치 정차 제어를 위한 속도의 크기 및 인가 시점, 즉 제어입력신호를 결정한다(S420).
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
100: 열차 정차위치 제어장치 110: 제동 관리부
120: 오차 추정부 130: 동력 산출부
110a: 제동 관리부
111a: 속도 프로파일부 112a: 피드포워드 PID 제어부
110b: 제동 관리부
111b: 오차 보정부 113b: 칼만필터 적용부
1131b: 상태 추정부 1132b: 제어입력 생성부
110c: 제동 관리부
111c: 입력 조합 생성부 112c: 상태변화 예측부
113c: 최적 조합 선택부

Claims (19)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 열차의 정위치 정차 제어를 위한 장치에 있어서,
    상기 열차의 제동 지연시간을 고려하여 상기 열차의 상태변화를 예측하기 위한 제어입력신호를 생성하는 제동 관리부; 및
    상기 제어입력신호에 기초하여 상기 열차로 전달되는 동력을 결정하는 동력 산출부를 포함하며,
    상기 제어입력신호는 상기 정위치 정차 제어를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제동 관리부는,
    상기 열차의 상태변화가 칼만 필터 방식을 기반으로 예측되는 경우,
    미리 결정된 PSM(Precision Stop Marker) 정보를 기준으로 위치 오차를 보정하는 오차 보정부; 및
    상기 열차의 현재 상태변수와 다음 측정시간의 상태변수의 추정치를 칼만필터 함수에 적용하여 상기 정위치 정차 제어를 위한 추정변환과정을 통해 제어입력신호를 생성하는 칼만필터 적용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 칼만필터 적용부는,
    상기 다음 측정시간의 상태변수의 추정치를 산출하는 상태 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 칼만필터 적용부는,
    상기 추정변환과정을 통해 상기 감속도의 크기를 결정하고, 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되도록 제어하는 상태 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어장치.
  8. 열차의 정위치 정차 제어를 위한 장치에 있어서,
    상기 열차의 제동 지연시간을 고려하여 상기 열차의 상태변화를 예측하기 위한 제어입력신호를 생성하는 제동 관리부; 및
    상기 제어입력신호에 기초하여 상기 열차로 전달되는 동력을 결정하는 동력 산출부를 포함하며,
    상기 제어입력신호는 상기 정위치 정차 제어를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제동 관리부는,
    상기 열차의 상태변화가 모델예측제어 기법을 기반으로 예측되는 경우,
    매 샘플링 시간마다 이전의 상태변수를 참고하여 관측 변수에 대한 경우의 수를 조합하는 것에 의해 입력 조합 정보를 생성하는 입력 조합 생성부;
    상기 입력 조합 정보를 이용하여 소정의 시간 동안 상기 열차의 상태변화를 예측하는 상태변화 예측부; 및
    상기 상태변화를 예측한 결과를 이용하여 상기 감속도의 크기를 결정하고, 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 최적의 상태변화가 되도록 하는 입력을 선택하여 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되도록 제어하는 최적 조합 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어장치.
  9. 제 5 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 열차의 질량오차를 추정하여 상기 감속도와 동일한 단위로 변경하는 것에 의해 오차 보상 가속도를 생성하는 오차 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 동력 산출부는,
    상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달된 감속도와 상기 오차 보상 가속도를 이용하여 상기 동력을 산출하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 열차의 정위치 정차 제어를 위한 방법에 있어서,
    상기 열차의 제동 지연시간을 고려하여 상기 열차의 상태변화를 예측하기 위한 제어입력신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어입력신호에 기초하여 상기 열차로 전달되는 동력을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제어입력신호는 상기 정위치 정차 제어를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제어입력신호를 생성하는 단계에서 상기 열차의 상태변화가 칼만 필터 방식을 기반으로 예측되는 경우,
    미리 결정된 PSM(Precision Stop Marker) 정보를 기준으로 위치 오차를 보정하는 단계; 및
    상기 열차의 현재 상태변수와 다음 측정시간의 상태변수의 추정치를 칼만필터 함수에 적용하여 상기 정위치 정차 제어를 위한 추정변환과정을 통해 제어입력신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어입력신호를 생성하는 단계는,
    상기 추정변환과정을 통해 상기 감속도의 크기를 결정하는 단계; 및
    상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 상기 감속도가 전달되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어방법.
  17. 열차의 정위치 정차 제어를 위한 방법에 있어서,
    상기 열차의 제동 지연시간을 고려하여 상기 열차의 상태변화를 예측하기 위한 제어입력신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어입력신호에 기초하여 상기 열차로 전달되는 동력을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제어입력신호는 상기 정위치 정차 제어를 위한 감속도의 크기 및 인가 시점 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제어입력신호를 생성하는 단계에서 상기 열차의 상태변화가 모델예측제어 기법을 기반으로 예측되는 경우,
    매 샘플링 시간마다 이전의 상태변수를 참고하여 관측 변수에 대한 경우의 수를 조합하는 것에 의해 입력 조합 정보를 생성하는 단계;
    상기 입력 조합 정보를 이용하여 소정의 시간 동안 상기 열차의 상태변화를 예측하는 단계; 및
    상기 상태변화를 예측한 결과를 이용하여 상기 감속도의 크기를 결정하고, 상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 최적의 상태변화가 되도록 하는 입력을 선택하여 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어방법.
  18. 제 15 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 열차의 질량오차를 추정하여 상기 감속도와 동일한 단위로 변경하는 것에 의해 오차 보상 가속도를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 동력을 결정하는 단계는,
    상기 제동 지연시간이 보상될 수 있도록 소정의 시간 앞으로 타임 쉬프트하여 전달되는 감속도와 상기 오차 보상 가속도를 이용하여 상기 동력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 정차위치 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102079984B1 (ko) * 2017-10-31 2020-02-21 한국철도기술연구원 열차 정위치 정차제어 장치 및 방법
KR102026264B1 (ko) * 2018-03-09 2019-09-30 한국철도기술연구원 제동거리 편차를 최소화하는 철도차량의 제동제어 방법
CN112793617B (zh) * 2019-11-14 2024-06-28 中车永济电机有限公司 电力机车的停车方法、装置及系统
KR102221968B1 (ko) * 2020-01-30 2021-03-02 현대로템 주식회사 속도데이터 변환로직을 이용한 가상열차 속도 제어 방법
CN112580204B (zh) * 2020-12-16 2022-07-26 同济大学 一种铁路区间非正常事件下的列车延误时间预测方法
KR102438031B1 (ko) * 2021-06-24 2022-09-01 한국철도기술연구원 열차 정위치 정차 제어 장치
CN115171384B (zh) * 2022-07-04 2024-05-14 南京四维智联科技有限公司 一种车载显示过程中关键车位置延迟补偿方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000013903A (ja) * 1998-06-22 2000-01-14 Railway Technical Res Inst 電気ブレーキの制御方法及びその装置
JP2004364437A (ja) * 2003-06-05 2004-12-24 Toshiba Corp 車両速度制御システム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4772445B2 (ja) * 2005-09-30 2011-09-14 株式会社東芝 自動列車運転装置
KR101253684B1 (ko) * 2011-04-22 2013-04-11 주식회사 혁신전공사 열차의 운전시격 산출방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000013903A (ja) * 1998-06-22 2000-01-14 Railway Technical Res Inst 電気ブレーキの制御方法及びその装置
JP2004364437A (ja) * 2003-06-05 2004-12-24 Toshiba Corp 車両速度制御システム

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