高速与城市轨道列车多模态非线性运行控制过程建模与辨识
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61603156
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0302.控制系统与应用
- 结题年份:2019
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:肖永松; 陈慧波; 马君霞; 沈乾彦; 汪菲菲; 马萍; 黄雾; 孟丹丹; 沈冰冰;
- 关键词:
项目摘要
This proposal studies the modeling and identification methods for a class of multi-modal nonlinear operation process of high-speed trains and urban railway trains in a control oriented way. Due to the complexity of the train operation with nonlinear dynamics and time-varying process parameters, the operation process of the railway trains that have multiple operating modes render multi-modal nonlinear characteristics. It is impossible to use a fixed model to characterize the entire process and meet the requirement of high control accuracy. The research on the modeling and identification methods for this class of multi-modal nonlinear operation process has great significance on the safety and the control accuracy improvement of railway train operation. The main contents include (1) Use the Linear Parameter-Varying (LPV) modelling approach, study the multi-model methods for the multi-modal nonlinear operation process of high speed trains and urban railway trains; (2) On the basis of the mechanism modeling and statistical modeling methods, solve the problems of the typical nonlinear dynamics modeling; (3) Further use the filtering compensation technique, along with the decomposition technique and the decoupling technique, study the new multi-innovation identification methods for the local multi-input multi-output sub-model of high-speed trains with colored noises and missing data; (4) build the simulation and experiment platform, develop the practical software tools from the theoretic methods. This proposal belongs to applied basic researches and will propel the development of key technologies of railway train operation.
从面向控制的角度,研究复杂运行环境下高速与城市轨道列车多模态非线性运行过程的建模和辨识新方法。列车运行环境复杂,过程存在多类干扰。多工况、非线性动态以及过程时变参数令运行控制过程呈现多模态非线性特征。单一模型难以刻画该运行控制过程,无法满足高性能控制需求。研究多模型建模方法与辨识方法能够为列车安全运行与精确控制提供模型化支撑。本项目拟研究内容包括:(1)借助线性变参数模型方法,研究能够刻画高速与城轨列车复合多模态运行控制过程的多模型建模方法;(2)基于机理建模与统计建模方法,研究列车运行过程典型非线性动态的建模问题;(3)结合分解耦合技术,应用滤波补偿技术和多新息辨识原理,研究有色噪声和丢失数据环境下的高速列车多输入多输出局部子模型辨识新方法,提高建模精度;(4)搭建仿真与验证平台,开发与理论方法对应的工程应用软件工具。本项目偏向应用基础研究,成果将推动轨道交通列车运行控制关键技术的发展。
结项摘要
高速与城轨列车运行控制过程在不同工况下非线性动态不同,同时受环境干扰影响,模型系统呈现复合多模态特性,给列车实现高精度、节能以及协调控制带来极大挑战。本项目即从刻画高速列车运行控制过程的非线性和多模态特征出发,研究建模与参数辨识方法,主要研究内容和结果概述如下:.(1)结合高速列车运行模型特征和非线性动态特性,提出高速列车线性-非线性耦合系统。借助递阶辨识原理,提出了基于卡尔曼-粒子混合滤波辨识算法。该算法针对线性位移子系统和非线性速度子系统,综合利用扩展卡尔曼滤波以及粒子滤波的线性、非线性状态估计能力,对位移和速度状态进行估计,进而实现系统模型参数的精确辨识。.(2)针对高速列车在不同速度区间因空气动力学造成的不同模态,引起模型切换的问题,将系统进一步抽象为线性-非线性耦合切换系统,提出基于最大期望算法的非线性动态多模型建模辨识方法,通过迭代计算,分别估计系统含噪的未知速度、位移变量(隐含变量)和辨识系统参数,该算法能够有效的处理不同模态下的高速与城轨列车的多模态切换系统建模问题。.(3)针对存在时延的高速列车模型,创新的提出了一类基于Aitken加速的随机梯度算法。仿真验证结果显示:Aitken加速随机梯度算法能够在400次迭代后将辨识误差降低到传统随机梯度算法的60%,有效的提高了辨识效率。.(4)考虑线路运行环境复杂,存在干扰与损失数据的辨识难点,针对有色噪声模型,提出了基于分解技术的牛顿迭代参数辨识方法,在迭代辨识提供高精度参数辨识的基础上,通过应用分解技术,将计算矩阵的复杂度有效降低,对比其他算法,获得精度与计算效率的平衡。由于迭代辨识采用批数据进行处理,对部分传输丢失数据不敏感,因此能够解决损失数据条件下的辨识问题。. 本项目对高速列车非线性多模态运动过程的精确刻画以及所提出的建模辨识方法,可以为高速列车控制过程实施各类先进控制策略,完成控制、运行调度等轨道交通服务提供模型支撑,具有重要的实际意义。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Aitken-Based Stochastic Gradient Algorithm for ARX Models with Time Delay
基于 Aitken 的时滞 ARX 模型随机梯度算法
- DOI:10.1007/s00034-018-0998-y
- 发表时间:2018-12
- 期刊:Circuits, Systems, and Signal Processing
- 影响因子:--
- 作者:Cheng Wang;Kaicheng Li
- 通讯作者:Kaicheng Li
Hierarchical Newton Iterative Parameter Estimation of a Class of Input Nonlinear Systems Based on the Key Term Separation Principle
基于关键项分离原理的一类输入非线性系统的递阶牛顿迭代参数估计
- DOI:10.1155/2018/7234147
- 发表时间:2018-10
- 期刊:COMPLEXITY
- 影响因子:2.3
- 作者:Cheng Wang;Kaicheng Li;Shuai Su
- 通讯作者:Shuai Su
基于混合滤波最大期望算法的高速列车建模
- DOI:10.16383/j.aas.c190193
- 发表时间:2019
- 期刊:自动化学报
- 影响因子:--
- 作者:王呈;陈晶;荀径;李开成
- 通讯作者:李开成
Novel recursive least squares identification for a class of nonlinear multiple-input single-output systems using the filtering technique
使用滤波技术的一类非线性多输入单输出系统的新型递归最小二乘辨识
- DOI:10.1177/1687814016680332
- 发表时间:2016-11
- 期刊:ADVANCES IN MECHANICAL ENGINEERING
- 影响因子:2.1
- 作者:Wang Cheng;Xun Jing
- 通讯作者:Xun Jing
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其他文献
无线通信延迟对城市轨道交通CBTC列车追踪间隔影响研究
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:铁道学报
- 影响因子:--
- 作者:李伟;唐涛;王呈;陈黎洁
- 通讯作者:陈黎洁
南京市树叶附尘对大气重金属污染的磁学响应
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:中国环境科学
- 影响因子:--
- 作者:王呈;王金花;钱新;李慧明;孙一轩;冷湘梓
- 通讯作者:冷湘梓
南京市大气PM2.5急性暴露对小鼠心肺组织的氧化损伤研究
- DOI:10.16241/j.cnki.1001-5914.2016.10.001
- 发表时间:2016
- 期刊:环境与健康杂志
- 影响因子:--
- 作者:孙一轩;王金花;钱新;李慧明;王呈
- 通讯作者:王呈
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