随着人口增长和国际市场的扩大,提高轨道交通运输效率可以运输更多乘客和货物,同时响应了国家新时代交通强国政策。但是受成本、资源及环境的限制,不可能无限制地通过新建线路提高运力。虚拟编组可以提高既有线路的运输效率,是解决这一问题的有效途径。实现虚拟编组有以下关键问题:首先,减小虚拟编组列车的速度追踪误差,实现虚拟编组列车编队的协同控制;其次,要保持虚拟编组列车的追踪距离,解决编队内列车的防撞问题;最后还要解决编组列车的停车精度问题。本文通过分析虚拟编组的概念,结合既有列车运行控制系统的特点,提出适用于虚拟编组列车的运行控制方案。分析影响虚拟编组列车运行控制的主要因素;提出了基于广义模型预测控制虚拟编组列车编队控制方法,实现了虚拟编组列车编队的协同控制;提出了基于可变参数人工势场的虚拟编组列车防撞控制方法,实现了虚拟编组列车编队内列车的防撞;将广义模型预测控制和可变参数进行融合,提出了虚拟编组列车融合控制算法,达到了虚拟编组列车方案中对控制算法的精度要求。主要研究工作如下:（1）本文结合虚拟编组列车运行场景分析,借鉴多智能体编队中应用较多且易于实现的领导者-跟随者编队方法,提出了兼顾控制精度和实现难度的基于双领导者-跟随者的虚拟编组方案,并对实现该方案需要满足的控制精度进行分析。（2）为实现虚拟编组列车的协同控制,本文提出基于最小二乘法参数辨识的广义模型预测控制算法,并采用现场采集的高速动车组实际运行数据对虚拟编组列车协同控制效果进行验证,结果表明,基于广义模型预测控制的虚拟编组列车协同控制算法可以达到1.476m/s的最大速度追踪误差。（3）为实现虚拟编组列车编队的避撞,提出基于可变参数人工势场法的虚拟编组列车防撞控制方法,并进行仿真验证,结果表明基于可变参数人工势场法的虚拟编组列车防撞控制方法可以始终保持虚拟编组列车编队内列车的距离大于0.1m,实现了虚拟编组列车编队的避撞。（4）为改善虚拟编组列车的控制效果,满足精准进站停车的控制精度,提出基于特点和基于权重的可变参数人工势场和广义模型预测控制融合方法,并进行仿真验证,结果表明基于权重的融合优于基于特点的融合可以同时实现虚拟编组列车的协同控制和防撞控制,最大速度追踪误差为1.677m/s,速度追踪平均误差0.0062m/s,距离追踪始终保持在0.1m以上,同时解决了虚拟编组列车的协同控制问题、编队内列车避撞问题,并实现了虚拟编组列车编组状态的精准停车。图53幅,表6个,参考文献83篇。