A Hierarchical MPC Approach for Arriving-Phase Operation of Virtually Coupled Train Set

偏移量(计算机科学) 控制理论(社会学) 模型预测控制 计算机科学 弹道 观察员(物理) 工程类 控制(管理) 人工智能 天文 物理 量子力学 程序设计语言
作者
Xiaolin Luo,Tao Tang,Ming Chai,Hongjie Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:25 (7): 7237-7249 被引量:16
标识
DOI:10.1109/tits.2023.3347409
摘要

Arriving phase is an essential part of the virtually coupled train set (VCTS) operation in metros and significantly influences efficiency. This paper proposes a synchronous and precise control problem in VCTS arriving-phase operation and designs a hierarchical control approach to solve this problem. First, the control problem of VCTS arriving-phase operation is mathematically modeled, capturing the uncertain disturbances and measurement errors in train dynamics and considering input and safety constraints. Then, a two-layer control framework is designed, with the upper layer for coordinated trajectory planning and the lower layer for offset-free tracking of each train (unit) in VCTS. Specifically, in the upper layer, all units in VCTS are coordinated in an optimization problem to generate the reference trajectories that increase the synchronicity of arrival; in the lower layer, to track the reference trajectory, we propose an offset-free model predictive control (MPC) approach, which is based on an observer to handle uncertain disturbances and measurement errors. The stability of the offset-free MPC approach is proved, such that all units in VCTS can arrive at the station synchronously and precisely. Finally, experimental results demonstrate the performance of the proposed hierarchical approach.
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