本发明涉及跟踪控制，特别是涉及一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法、设备及介质。
背景技术：
1、高速列车因其舒适、准时、受天气影响小等优点成为最受人们欢迎的出行方式之一。为保证列车的稳定运行，对列车自动驾驶的研究将成为高速列车研究的重点之一。对列车自动驾驶控制策略优化进行研究的基础与前提，首先是需要建立合理、准确的高速列车动力学模型，并针对模型设计准确的控制方法，实现在复杂扰动条件下实现牵引/制动力的自动精确控制，从而实现列车对预期速度的精确跟踪。
2、高速列车的运行环境往往较为复杂多变，因此系统控制算法需要具有较强的鲁棒性，对环境变化及模型变化引起的参数扰动不灵敏，才能更好地实现目标速度曲线跟踪控制。然而，当前pid控制无法满足非线性等复杂控制中的高性能需求，而传统整数阶滑模控制又存在较为严重的抖振问题，使得高速列车自动驾驶控制面临着诸多挑战。因此，研究列车运行过程动力学和控制方法的优化，对高速动车组实现自动驾驶具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法、设备及介质，可以对高速动车组进行高精度的速度跟踪控制。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、第一方面，本发明提供了一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，包括：
4、根据牛顿运动学定律，对高速列车中的若干个动力单元进行受力分析，并建立高速列车纵向动力学的三质点模型；所述动力单元的受力包括牵引力、制动力、基本阻力和车间作用力。
5、将所述高速列车中各动力单元的当前速度设置为所述高速列车的状态变量。
6、根据所述高速列车的目标速度，基于高速列车分数阶积分终端滑模控制器，调整所述高速列车的状态变量，得到当前时刻所述高速列车的输出速度；所述高速列车分数阶积分终端滑模控制器为结合grünwald-letnikov分数阶定义与积分终端滑模控制技术的滑模控制器；所述目标速度根据所述高速列车的目标速度曲线确定。
7、判断当前时刻所述高速列车的输出速度是否收敛于所述高速列车的目标速度曲线；若是，则根据当前时刻所述高速列车的输出速度更新所述高速列车的状态变量，并根据所述高速列车下一时刻的目标速度，基于高速列车分数阶积分终端滑模控制器，调整所述高速列车的状态变量；若否，则根据当前输出速度更新所述高速列车的状态变量，并根据所述高速列车下一时刻的目标速度，基于高速列车分数阶积分终端滑模控制器，调整所述高速列车的状态变量。
8、可选的，所述高速列车纵向动力学的三质点模型，具体如下：
9、。
10、其中，分别为列车第节动力单元的质量、速度和位移；为列车在不同工况下第节动力单元所需要产生的牵引力或制动力，为第节动力单元所受到的基本阻力的运行阻力系数， i=1,2,3；为相邻动力单元的弹性系数，为阻尼系数。
11、可选的，所述动力单元为一个高速列车车头和若干个高速列车车厢组成的单元或者由若干个高速列车车厢组成的单元。
12、可选的，在建立高速列车纵向动力学的三质点模型之后，还包括：
13、对所述高速列车纵向动力学的三质点模型进行连续时间形式表示；所述连续时间形式的公式表达式为：
14、。
15、其中，，，，，，；a1、b1是列车系统参数矩阵； n( t)是列车运行时各动力单元所受基本阻力矩阵；分别为列车第节动力单元的质量、速度和位移；为列车在不同工况下第节动力单元所需要产生的牵引力或制动力，为第节动力单元所受到的基本阻力的运行阻力系数， i=1,2,3；为相邻动力单元的弹性系数，为阻尼系数。
16、可选的，在对所述高速列车纵向动力学的三质点模型进行连续时间形式表示之后，还包括：
17、基于离散时间控制输入律，对所述高速列车纵向动力学的三质点模型的连续时间形式的公式进行离散化表示，得到所述高速列车纵向动力学的三质点模型离散时间形式；所述高速列车纵向动力学的三质点模型离散时间形式的公式表达式为：
18、。
19、其中，a为矩阵a1离散化后的矩阵，，b为矩阵b1离散化后的矩阵，，x(k)是列车状态变量x(t)的离散形式，u(k)是控制输入u(t)的离散形式；n(k)是基本阻力矩阵n(t)的离散形式；x(k+1)是下一时刻的列车状态， h指采样周期，为积分变量。
20、可选的，所述高速列车分数阶积分终端滑模控制器具体为：
21、。
22、其中，为终端滑模型到达律，为等效控制输入。
23、可选的，所述终端滑模型到达律的求解公式如下：
24、。
25、其中，；b为矩阵b1离散化后的矩阵，,，，为奇数比，，h指采样周期， δ为分数阶差分的阶数，c1为滑模面参数，c2为积分误差项的增益参数，e1（k）为位移跟踪误差，e2（k）为速度跟踪误差，为分数阶差分函数的增益参数，为积分误差项，k表示第k时刻。
26、可选的，所述等效控制输入的求解公式如下：
27、。
28、其中，， h为采样周期，b为矩阵b1离散化后的矩阵，a为矩阵a1离散化后的矩阵，x(k)是列车状态变量x(t)的离散形式，n(k)是基本阻力矩阵n(t)的离散形式，δ为分数阶差分的阶数，0<γ<1，γ为分数幂，k表示第k时刻，r1为下一时刻的位移、速度矩阵，c1为滑模面参数，c2为积分误差项的增益参数，e1（k）为位移跟踪误差，e2（k）为速度跟踪误差，为分数阶差分函数的增益参数。
29、第二方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法。
30、第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适用于由处理器加载并执行一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法。
31、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
32、本发明提供了一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法、设备及介质，该方法包括：根据牛顿运动学定律，对高速列车中的若干个动力单元进行受力分析，并建立高速列车纵向动力学的三质点模型；动力单元的受力包括牵引力、制动力、基本阻力和车间作用力；将高速列车中各动力单元的当前速度设置为高速列车的状态变量；根据高速列车的目标速度，基于高速列车分数阶积分终端滑模控制器，调整高速列车的状态变量，得到高速列车的输出速度；高速列车分数阶积分终端滑模控制器为结合grünwald-letnikov分数阶定义与积分终端滑模控制技术的滑模控制器；判断输出速度是否收敛于目标速度曲线；若是，则根据输出速度更新状态变量，并根据下一时刻的目标速度，基于控制器调整状态变量；若否，则基于输出速度更新状态变量，并根据下一时刻的目标速度，基于控制器调整高速列车的状态变量。本发明设计了适用于高速列车多质点模型的离散分数阶积分终端滑模控制器，对高速动车组进行速度跟踪控制。
1.一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述高速列车纵向动力学的三质点模型，具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述动力单元为一个高速列车车头和若干个高速列车车厢组成的单元或者由若干个高速列车车厢组成的单元。
4.根据权利要求1所述的一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，其特征在于，在建立高速列车纵向动力学的三质点模型之后，还包括：
5.根据权利要求4所述的一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，其特征在于，在对所述高速列车纵向动力学的三质点模型进行连续时间形式表示之后，还包括：
6.根据权利要求1所述的一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述高速列车分数阶积分终端滑模控制器具体为：
7.根据权利要求6所述的一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述终端滑模型到达律的求解公式如下：
8.根据权利要求6所述的一种高速列车离散分数阶积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述等效控制输入的求解公式如下：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-8中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适用于由处理器加载并执行权利要求1-8任一项所述的方法。
