城市轨道交通系统由于其安全高效、绿色环保等特点成为大中型城市综合交通体系的重要组成部分,先进的列车自动运行智能控制方法是保证其安全平稳和高效运行的重要手段。随着近年来路网规模大量的扩张,列车运行条件越来越复杂化、多样化。在列车运行环境、线路条件等复杂多变的情况下,现有基于经验参数建立的单一环境列车运行模型不能全面的描述列车动力学实际运行状态。同时在带有强非线性的列车运行条件下,如何提高城市轨道交通列车跟踪精准度、减小列车运行间隔又对列车的自动驾驶控制算法提出了更高的要求。本文针对不同运行环境下的系列列车运行非线性问题,设计能够实现精准追踪的列车自动驾驶控制方法,主要展开的研究内容如下:首先,针对提高列车自动运行控制精度,设计了一种低复杂度列车预设性能控制算法。通过设计以状态误差非线性变换为核心误差预设性能控制方法,可以使得列车的位置、速度状态误差在满足一定的与实际场景相符的初值条件下约束在预设性能范围内。在此基础上又提出了扩展后的非线性误差变换的嵌套式类PID预设性能控制算法,通过仿真验证两种方法能够实现列车位置、速度预设性能控制。其次,针对列车不同的已知与未知运行环境变化,建立了一种列车运行有限集切换动力学模型。考虑现有列车动力学建模方法中,力学机理模型的建立多依赖于连续性与光滑性的强假设条件,且假设列车运行在单一环境中,有历史运行数据融合的静态模型往往忽略了复杂环境下列车运行动力学时变与切换特征。本章针对城轨列车实际不同运行环境建立切换动力学模型,提出了一种容忍任意频次切换的非线性切换控制方法。并以地铁亦庄线13站间实际运行数据为仿真案例,最终验证了控制算法对于切换模型的有效性。最后,针对多列车队列追踪运行时引发的牵引制动频繁切换问题,研究非线性零区输入下的多列车队列运行控制方法。考虑列车牵引制动频繁切换现象,本章设计补偿当前运行阻力的非线性零区输入,提出了多列车队列运行双向拓扑结构耦合模型,并设计作用于列车耦合误差的扩展预设性能控制算法,在保证列车追踪距离大于安全间隔的前提下提高了线路使用效率。通过四车队列运行仿真算例验证该控制方法对列车队列运行的稳定控制。图40幅,表5个,参考文献68个。