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1、,z o a 中国电源新技术及应用研讨会论文集 1 0 9 地铁机车驾驶的模糊控制技术 吴亚娟王强北京信息职业技术学院 摘要: 地铁机车驾驶的智能化、 无人化是目 前发展的 一 个 趋势， 在驾驶控制过程中必须综合安全性、准点率、 乘坐舒适 性、 停车位置准确性等方面因素进行控制。这些因素之间的关系具有较大的不确定性。本文应用预测型模糊控制技术控制 地铁机车的驾驶。 叙词:地铁机车预测型榄糊控制模糊推理 1 引言 随 着经济的飞 速发展， 人们对于 交通的依赖程度越来越高， 同时对交通乘座的舒适性、准点率、 停车位置的准确性及安全性提 出了更高的要求，而目 前的地铁机车 一 般都为人上 驾驶，
2、 驾驶员的经验及操作熟练程序对机车行驶有很大的影响。驾驶员必须综合 考虑各方面的因素， 选用适当的加速度或制动阐值， 这是很困难的、 因此在日 常乘车中， 乘客经常抱怨误点或乘坐不舒服。 在实际行驶过程中， 载客量的变化及路况的变化对于机车的驻动性能及刹车 性能有较大的彭响，而这些变化因素都是无法量化 的， 同时舒适性、 准点率、 停车位置、安全ft 等几大参数之间的关系 具有不确定性，难以 应用传统的控制方法较好的实现地铁机车 的 控制。由于 模糊控制方法在不确定系统控制中的优越性， 运用模糊控制理论可以较好的解决这一问题。本文以 停车准确度、乘车 舒适性、节 约能源、 行驶时间、安全性、
3、速度跟踪性等 作为指标， 利用预测型 模糊控制技术进行地铁机车的控制， 取得了 较为满意 的效果 2 机车驾驶要求及控制方案 机车驾驶主要有两大关键控制: 一是从车站出发启动慢慢对机车加速，直到加速至事先规定的限速， 进人恒速行驶;另一个就 是进站时的平稳减速并准确地停到规定的位置上 。 2 . 1 加速进入恒速行驶控制 司 机在接到发车指令后便平稳加速，直至达到事先规定的 最高限速略低的速度时， 基本维持恒速行驶， 但是当预估到达下 一 站 的时间可能会提前， 这时， 就会采用惯性滑行以节约电力能源、 实际上在行驶中还是要不断根据条件的变化进行控制。例如，为r 保证安全和乘客乘坐的舒适性，
4、一旦机车速度超过限定速度， 就必须立刻把控制阀置于目 前闭值与紧急刹车A值之间的某一点上， 这样可以缓和有可能发生的由机车制动控制系 统而产生的紧急刹车， 在行驶过程中， 行驶速度未达到预定速度而 需要加速时，为了 保证乘客的舒适性必须要缓慢加速 2 . 2 进站定位停车的控制 在机车进站前有一个进站标志，当机车 通过该标志时， 机车控制开始， 这种情况下， 应遵循下述经验法则:为了乘客乘坐舒适， 在通过标志时，应尽量不减速;为 了缩短时 间，不能提前刹车减速，过了标志后再慢慢 刹车;为了定位停车，要掌握好减速的PA值 控制 由上面所述的控制要求可知，对机车的 控制要综合考虑各方面的因素，选择
5、合适的 加速度及制动闭值，以达到较为满意的行驶 状态，因此本控制方案采用 了 如图 I 所水的 预测型模糊控制方案 在该控制系统中，系统根据机车行驶状 态及T 秒后行驶状态预测参数之间的差值， 利用模糊推理规则，不断对机车的加速度及 当前.; n 速凌 5前速度 当前同伙 加减速皮修比 9 F “ h 系统基木 特性模块 t 秒后的 速度预澳 叫 停车位释预测 刹车系统基本 特性模块 网俏判别 剩余时问预侧 俏宇闭倩 仪见性模糊推邢 剩余时间预测值t 停牛位若预测值x p 5 前4 份和离砰布汽 的距离 速冷预侧值v 图 1 预测型模糊控制系统原理图 l l o 地铁机车驾驶的模糊控制技术 一
6、一 匕二 二二一 二一 祥 二农二今一 二一 弃二二二孟一一 巴 祥之二 之二二 = = = 二二二=欲 之今= 二二 孟扮=二 一二二二 巴 扮=二 勺二巴=片=二=二=二=二二盔= =咭月. = 侣 二 二 = = 制动阔值进行控制，以 达到最佳行驶效果 3 预测型模糊推理规则及推理过程 在 本预 测 v 模 糊 控 制中， 控 制器的 输出 值限制为 一个离 散 数v( 。 = C l C 2 C J , 控制的 性能 指标为x 和Y ， 用 “ 很好 ( V G ) , 好 ( G ) 、中 等 ( M ) , 差 ( B ) , 很 差 ( V B )来评价， 它用 模糊集来定义，
7、其隶属函 数为ta e : ( x ) , tx e : ( Y ) ， 模糊控制器不断地评价语 言控制规则的 有效， 如 “ 当 控制命令U 为。时， 性能指标是C ; y 是B i , 则这条控制规则被选择， 并且控制器的输出为叮 ， 可描 述为: H i : If ( U is c i-x is A i a n d 、 is B i ) t h e n U is C i , i 二 1 , 2 , 3 二 ， 规 则H i 的 条 件 部 分 中: 和y 的 关 系 可 用 一 个 隶 属 函 数P p , ( c i : :Y ) 来 定 义 ， 所 得 出 的 控 制 规 则 的 有
8、 效 性 可 由 下 式 确 定 : P il t = A i“ x ( C i , t ) x B ip ( C i , t ) ri = S u p 12 “ ( C : x , y ) 丁 ( 、 ， y ) x ， y 停 车 准 确 度 由 停车 目 标、 相 对于 预 测 停车 位 置x ， 的 距离( N P ) 来 描 述; 乘 坐 舒 适 性 由 行 驶 中 速 度 控 制 阀 阂 值 变 化 的 段 数N c 的 函 数C ( N c )和该控制IM 在切 换后维持的时间T c 来描述。乘坐舒适性C 二 G , C = B 的隶属函数分别为: l e u ( T c , N
9、 c )二 5 T c , c ( :tic ) ，一 C ( N , )一 C b l i 2 / , ( T c , N c ) = Z T , C b ，一 C ( N c )一 c b i 2 表 t 模糊控制规则 节 约能铆由惯性行驶时间的来描述， 用E 来表示在车站 之间 设定某 个特 定的地点x k , 如果从目 前 所在 地到z 4 利用惯 性来行驶， 可能要增加时间， 用这可能要的时间与 剩余时间作 比较， 来决定是否允许利用惯性行驶一段时间。则 E 二 C及E 二 B 的隶属函数分别为: P E CL 、( t ) 二 Z七 x ( t ) , X k ，一 F . ) Y
10、 m x ( t ) 二 S X ( t ) , X k + X x ，一 &了 行驶时间可用出发时间至到达进站标志点时间作为行驶时 间，用R 表示行驶时间R 二 G 及R 二 B 的隶属函数分别为: Y n c ( t , )+ S ( c 。 ， 。 ，一 P d ) Y tze ( 1 , ) = 2 ( t 2 , 2 R t 一 H O 安全性被定义为当目前机车速度超过限定速度时， 从该速 度回到限定速度以下所需要的时间is ， 用S 来表示。安全性5 二 G , S 二 B 及S = V B 的 隶属函 数分别为: f .v c( )一 2 怕 ，一 P s P s ) Y e s
11、 ( t . ) = I 1 ( ts 一 T s , ，一 P s ，一 T s ) l 如果N c =一1 时 R 二 V G且C 二 G且A 二V G , 那么N c 二一 I I R 如果 N c 二一 2 时 R = V G民C二 G且 A 二V G , 那么 N , =一 2 N如果 N . =一 3 时 R= V G且 C =G且A = V G , 那么 N c 二一 3 2 0如果 N O 二P 7 时 R 二V B且 C = G巨S =C , 那么N二 P C 2 I 如果N = P 4 时 R 二 B 且A 二 R且S = G , 那么N = P 4 及 如果 N二 0 时
12、，R二h t 且C=G且S 二 G那么N二 0 一 。 如 果 N 二 。 时 ， 不 而(阮且 A = G , 那 么 N 二 B 1 一 2 4 l 如果N 二8 7 时。 S = V B ,那么N 二 0 ,z o o , 中国电源新技术及应用研讨会论文集1 1 1 模糊控制器不断根据控制规则推出控制指令，由于进站定位停车 还要受到其 他因素如道路的变化及车 F .人数的多少的变化的影 响， 使得刹车 阐值产生的减速度与系统预定的值会有大约- 3 0 %的误差，为了 更好地控制机车， 就必须对相应的减速度进行推算， 达到最佳停车效果，其推理过程如图2 所示 停车粘度 乘坐舒适r 全 指令
13、L y 价 C, f l N 图2 进站停车控制阂值模糊推理过程 4 性能评价 预侧型模糊控制性能， 在经过一万多次行驶试验， 模糊控制的停车误差超过3 0 -的不到I %一标准误差为1 M e m 。与乘坐适 性度有关的控制闹 值切换次数也减少为原来的 二 分之 一 ， 电力消耗降低 1 0 %， 行驶时间也减少1 0 % o 参 考 文 献 川 模糊逻辑控制技术及应用赵振宁清华大 学出 版社 9 7 . 6 2 模糊控制技术及其应用 杨辉F 金章 江西科学技术出版社 9 7 . 9 仁 3 模糊控制理论与实践徐承宇 杨晓荣地震学出版社 9 8 . 7 作 者 简 介 吴亚娟: 女， 讲师。毕业于北京科技大学电气自 动化系 。现在北京电子信k 大学电子 信包系主要从事电子技术教学、 科研工作
