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作为一种安全可靠、快捷舒适、低碳环保和运载能力大的运输方式，世界范围内高速铁路近年来蓬勃发展，已经成为综合交通运输体系的关键组成部分，攸关国计民生。目前，高速列车运行主要基于准移动闭塞模式采用人工驾驶、分散调整方式，在现有短间隔、高密度、动态耦合运行条件下，难以在保障运行安全的同时，减小突发事件对路网列车正常运行的影响，进一步提升高速铁路运营效率。高速列车协同控制作为一种能够增强高铁系统对突发事件的应对能力、提升运营效率的有效手段，已成为近年来国内外研究的热点。本文在对列车控制系统复合故障快速诊断保障列车动态特性稳定的基础上，针对列车通信网络信息传输的时滞、离散采样和时变切换拓扑等特性，结合列车运行协同调整中的运行状态约束，围绕高速列车协同控制问题展开研究，主要工作如下：
1.考虑多源干扰对列车运行状态的影响，提出高速列车动态系统复合故障诊断方法。针对列车运行过程阵风干扰、难以建模外部干扰和内部因素对复合故障诊断结果的影响，采用未知输入解偶原理和特定频域H∞优化指标，构建一种复合故障检测滤波器。基于控制系统特征子空间配置方法和线性矩阵不等式优化方法，提出参数矩阵选取方法和存在条件，保障复合故障检测滤波器对多源干扰信号抑制的同时，避免截断故障信号对相应残差信号的影响，实现列车控制系统复合故障的快速检测与隔离。
2.考虑通信网络信息传输时滞约束，建立高速列车分布式时变低增益协同控制器。深入分析信息传输时滞对列车协同运行过程的影响，构建列车三阶非线性时滞控制模型，基于反步递归设计方法，提出时变低增益反馈控制结构，建立多列车分布式协同控制器；进一步，利用控制参数的时变、收敛特性，使控制器满足协同调整过程快速性要求的同时，保障信息交互时滞约束下列车对参考运行曲线的精确追踪。
3.考虑列车执行器更新频率的限制，提出高速列车事件触发协同控制方法。通过分析列车牵引力/制动力更新原理，将基于离散采样状态信息的列车追踪控制问题转化为时变有界输入时滞下的控制系统镇定问题，提出适用于分散动力结构列车的低增益事件触发控制策略。进一步，将提出的低增益事件触发控制策略拓展至多列车协同控制过程，构建分布式低增益事件触发控制器，在保障列车运行控制性能的同时，有效减少控制器更新次数、降低列车之间通信频率。
4.考虑通信网络拓扑结构时变切换特性，提出基于状态依赖权重的列车分布式协同控制策略。针对高速列车运行过程状态约束下的协同控制问题，分析状态约束对列车运行状态协同调整过程的影响，构建高速列车类多智能体动力学模型，考虑邻接车厢之间车钩安全拉伸/压缩范围约束造成的状态约束，提出一种基于状态依赖权重的控制策略。进一步，将建立的状态依赖权重控制策略推广至高铁多列车协同控制过程，考虑车车无线通信范围约束和列控系统信号约束造成的状态约束，提出基于状态依赖通信拓扑的多列车分布式协同控制策略，保障列车协同运行的同时，避免触发列控系统紧急制动。
5.考虑通信网络拓扑时变切换下牵引力/制动力受限约束，提出高速列车分布式抗饱和协同控制策略。分析时变切换通信拓扑下列车之间信息交互原则，提出通信网络拓扑结构切换规则，基于单质点非线性控制模型，构建基于状态依赖拓扑权重和类速度观测器抗饱和函数的分布式抗饱和协同控制器。进一步，考虑列车运行过程中的安全追踪间隔约束，提出列车初始状态的防碰撞条件，保障列车牵引力/制动力有界约束下协同运行过程的安全性。
1.考虑多源干扰对列车运行状态的影响，提出高速列车动态系统复合故障诊断方法。针对列车运行过程阵风干扰、难以建模外部干扰和内部因素对复合故障诊断结果的影响，采用未知输入解偶原理和特定频域H∞优化指标，构建一种复合故障检测滤波器。基于控制系统特征子空间配置方法和线性矩阵不等式优化方法，提出参数矩阵选取方法和存在条件，保障复合故障检测滤波器对多源干扰信号抑制的同时，避免截断故障信号对相应残差信号的影响，实现列车控制系统复合故障的快速检测与隔离。
2.考虑通信网络信息传输时滞约束，建立高速列车分布式时变低增益协同控制器。深入分析信息传输时滞对列车协同运行过程的影响，构建列车三阶非线性时滞控制模型，基于反步递归设计方法，提出时变低增益反馈控制结构，建立多列车分布式协同控制器；进一步，利用控制参数的时变、收敛特性，使控制器满足协同调整过程快速性要求的同时，保障信息交互时滞约束下列车对参考运行曲线的精确追踪。
3.考虑列车执行器更新频率的限制，提出高速列车事件触发协同控制方法。通过分析列车牵引力/制动力更新原理，将基于离散采样状态信息的列车追踪控制问题转化为时变有界输入时滞下的控制系统镇定问题，提出适用于分散动力结构列车的低增益事件触发控制策略。进一步，将提出的低增益事件触发控制策略拓展至多列车协同控制过程，构建分布式低增益事件触发控制器，在保障列车运行控制性能的同时，有效减少控制器更新次数、降低列车之间通信频率。
4.考虑通信网络拓扑结构时变切换特性，提出基于状态依赖权重的列车分布式协同控制策略。针对高速列车运行过程状态约束下的协同控制问题，分析状态约束对列车运行状态协同调整过程的影响，构建高速列车类多智能体动力学模型，考虑邻接车厢之间车钩安全拉伸/压缩范围约束造成的状态约束，提出一种基于状态依赖权重的控制策略。进一步，将建立的状态依赖权重控制策略推广至高铁多列车协同控制过程，考虑车车无线通信范围约束和列控系统信号约束造成的状态约束，提出基于状态依赖通信拓扑的多列车分布式协同控制策略，保障列车协同运行的同时，避免触发列控系统紧急制动。
5.考虑通信网络拓扑时变切换下牵引力/制动力受限约束，提出高速列车分布式抗饱和协同控制策略。分析时变切换通信拓扑下列车之间信息交互原则，提出通信网络拓扑结构切换规则，基于单质点非线性控制模型，构建基于状态依赖拓扑权重和类速度观测器抗饱和函数的分布式抗饱和协同控制器。进一步，考虑列车运行过程中的安全追踪间隔约束，提出列车初始状态的防碰撞条件，保障列车牵引力/制动力有界约束下协同运行过程的安全性。