列车优化操纵速度模式曲线生成的智能计算研究

讨论了在起伏坡道线路上运行的列车节能操纵的优化计算问题，给出了一种局部优化与全局优化相配合的计算结构，用以生成列车优化操纵的速度模式曲线。以仿真计算获得局部优化规律，用神经网络实现局部优化规律的数据组织，应用遗传算法进行全局优化计算，获得了令人满意的结果。     

列车优化操纵原则及其优化操纵策略的数学描述

介绍了根据牵引计算专家知识和优秀司机驾驶经验，确定列车优化操纵原则、列车运行过程中的优化指标及其优化操纵策略的办法，给出了列车操纵方案的数学描述，为列车优化操纵示意图的自动生成系统及列车自动控制（ATC）模式的研究奠定了基础。     

基于人工蜂群算法的高速列车运行节能优化研究

合理的列车操纵方式能在很大程度上降低列车运行过程中的能耗,为了有效降低高速列车运行能耗,从研究高速列车的操纵方式入手,首先建立列车牵引计算模型和列车运行能耗计算模型,其次通过对比人工蜂群算法(ABC算法)和粒子群算法(PSO算法)的优化性能证明ABC算法优于PSO算法,提出了在满足运行速度、运行时间以及运行区间等约束条件下,采用ABC算法与操纵工况序列相结合的方法来优化计算确定高速列车操纵工况关键转换点最优位置和速度。最后通过对选取线路的MATLAB仿真模拟,验算了ABC算法在降低列车运行能耗方面的有效性。研究表明,经过ABC算法优化后的结果均能满足优化操纵方式的基本操纵策略且达到了良好的优化效果,能较好地解决列车节能操纵优化问题。     

重载列车优化操纵算法设计与仿真

文章针对电力牵引重载列车的运行特点,对重载列车的优化操纵问题进行了分析研究,设计了一种基于模糊预测和再优化的列车运行控制算法。该算法先使用模糊逻辑控制器产生操纵队列,预测列车未来一段区间的运行情况,然后对产生的操纵队列以安全、节能为目标进行反复优化。算法通过对操纵队列的有重合区间局部寻优来保证得到近似全局最优解。文章使用列车牵引计算模型对算法进行了仿真验证,结果表明该算法产生的操纵队列基本达到了重载列车运行要求。     

机车司机操纵评价系统软件的开发

以列车牵引计算专家知识，优秀司机的操纵经验，行车线路纵断面，列车编组及机车，车辆的特性数据等为基础，将机车运行监控装置的数据处理，列车牵引计算，列车动力学分析及优化操纵等相关内容有机地结合起来，利用面向对象的编程技术实现了机车司机操纵评价软件的设计和制作，该评价系统功能强大完善，易学实用，可对司机操纵结果进行科学，合理的评价。     

列车行车优化操纵的研究

通过采用改进列车行车操纵策略来降低列车运行能耗是一种最简单也最有效的降低能耗的方法,依据目前国内外学者对降低列车能耗提出的列车优化操纵方法的研究,本文提出了一种新的优化操纵方法-由节时模式向节能模式转化.以VC++ 6.0作为开发平台,开发出了能够实现列车运行仿真的列车优化操纵仿真软件,以大准线清水河-王桂窑区段的数据资料进行验证,得出这种方法是正确的和实用的.     

列车优化操纵与自动驾驶模式的研究与仿真

对列车优化操纵与自动驾驶模式进行了深入研究,在总结优秀司机操纵经验的基础上阐述了合理操纵和节能操纵两种优化操纵方法,提出了在不同坡道上和通过限速时列车自动驾驶的基本策略,给出了实现最大能力操纵的主要原则以及由此达到正点运行的方法,进行了优化操纵及自动驾驶模式的仿真,证明了研究成果的正确性。     

基于极大值原理的电动车组节能操纵

为了研究电动车组列车的节能操纵策略,以列车牵引能耗最小为优化目标,基于极大值原理推导出列车节能运行的最优工况集。考虑线路限速,通过分析伴随变量的变化规律,得到最优工况的切换原则,并在此基础上设计求解列车节能操纵工况序列的数值算法。仿真算例验证了该算法的有效性以及将其用于在线计算电动车组列车节能速度模式曲线的可行性。     

重载组合列车纵向力劣化分析与运行安全研究

我国的大秦铁路重载组合列车采用Locotrol同步控制系统,可使列车头部主控机车与中部从控机车间保持同步操纵。但是在列车缓解过程中,由于全列只有2个机车作为风源对列车管充风,列车前后部制动同步性差,纵向冲动明显,特别是位于列车中部断面的机车将不可避免地受到大纵向力作用的冲击,严重影响重载列车的运行安全。为探究大秦线中部从控机车循环制动中的纵向力演变规律,进行列车在等效坡度、制动初速、缓解初速、制动-缓解初速差和电制力等各种制动调速过程中不同工况下的一系列试验,对大秦线2万t重载组合列车的中部机车纵向力进行了全面系统的分析。针对重载列车运行安全性问题,提出了2种改善途径,一是提高钩缓装置的受压稳定性,二是通过优化操纵降低列车纵向冲动。此外,根据重载组合列车纵向动力学仿真模型的计算结果,对大秦线2万t重载组合列车在关键区段的实际运行操纵方式进行了仿真模拟。仿真结果表明：在长大坡道循环制动缓解过程中,降低电制力可在一定程度上降低重载组合列车中部机车的压钩力。通过利用坡度变化和改变电制力的优化操纵可以降低重载组合列车纵向冲动。进一步验证了试验分析的结论,为列车操纵优化提供了理论依据。     

基于实数遗传算法的列车优化操纵曲线研究

列车优化操纵是列车节能控制的关键问题，以列车运行动力学方程和牵引计算理论为基础，结合列车运行过程中的要求，构建以能耗、时分误差、限速等为目标的列车节能控制模型，采用实数遗传算法，通过Visual Basic编程对此问题进行求解。在已知列车编组的条件下，以DF4型内燃机车牵引客车、空气制动和燃油量曲线为基础，得到给定运行时间、距离条件下的优化操纵曲线，从而对司机操纵给出指导性意见。     

高速列车操纵运行的数值仿真

根据世界各国发展高速列车的经验和中国京浪高速试验列车预研究的进展，应用先进的数值仿真方法，深入详细地开展高速列车操纵运行的研究。以京沪试验列车运行的可行性方案为基础，建立了京沪高速线路库、高速列车机车车辆数据库和高速列车制动系统的数学模型，研制了高速列车操纵运行的数值仿真程序，对京沪高速试验列车操纵运行的关键技术问题进行了较全面的分析和研究。同时还对京沪高速列车进行了不同牵引重量、不同运行速度和不同停车方式的操纵运行的数值仿真。比较了京沪高速列车不同运行方案的运行时分、制动距离和能量消耗。研制的数值仿真程序的实用性和可靠性在近年来的各次重大提速和高速试验中得到反复验证。     

繁忙干线开行重载列车的仿真研究

根据在繁忙干线普遍开行重载列力的迫切需要，应用列车纵向动力学理论，针对繁忙一线路条件和机车车辆装备现况，对５０００ｔ级功列车的操纵运行了计算机仿真研究，分析计算结果和试验验证情况，并提出对繁忙干线开行重载列车的有关建议。     

关于单元万吨重载列车操纵安全风险分析及对策

随着我国重载铁路线路的不断开通,单元万吨重载列车操纵安全的重要性日益凸显,为降低单元万吨重载列车操纵安全风险,保障重载列车的运行安全和效率,阐述我国重载铁路牵引动力的主要机型,通过对仿真计算、试验数据与事故调研结果的分析,研究单元万吨重载列车机车工况转换、站内及坡道起车、列车空气制动及机车通过电分相区4种典型运行工况下的操纵安全风险。结合现场单元万吨重载列车操纵经验,采取试验仿真和专家咨询等方式,提出降低单元万吨重载列车操纵安全风险的对策,避免因司机误操作而导致的列车重大安全事故。     

城市轨道交通列车驾驶仿真器研究

城市轨道交通列车驾驶仿真器是城市轨道交通部门进行技能培训的高科技设备,能够进行精确的列车操纵性能仿真和逼真的列车驾驶环境仿真。基本功能包括模拟操纵功能、列车动力学计算功能、故障判断培训功能、视景和声音仿真功能以及运动仿真功能。针对城市轨道交通特点,给出了轨道交通列车驾驶仿真器的运行仿真数学模型,提出采用分布式计算机体系结构、MPEG视频压缩技术和基于DirectSound技术的多媒体声音系统,设计具有4层5自由度液压运动平台的驾驶仿真器。并基于以上技术完成了北京地铁交流传动电动客车列车驾驶仿真器的研制,成功应用于北京地铁技术学校学员和北京地铁司机的教育培训。     

列车节能控制的优化分析

为研究列车节能控制问题，采用带有非线性约束的微分方程描述列车运行过程，用牵引力积分形式描述节能优化目标，并将最大值原理应用于模型求解。在确保安全运行、满足线路限速约束、机车性能约束和运行时间约束的条件下，充分利用线路坡道，以能量消耗最小为控制目标，得到列车优化控制的策略。针对由于模型奇异性而使控制策略还不能确定出列车所有工况转换点的问题，结合列车操纵经验给出列车节能控制算法。在列车运行仿真平台上验证了优化控制方法与算法的正确性。     

制动利用率对高速列车节能操纵策略的影响

基于高速列车最小能耗计算模型,利用庞特里亚金极大值原理分析出最大牵引、匀速、惰行与最大制动4种操纵策略的应用是高速列车节能运行的必要条件。在此基础上,研究制动利用率对节能操纵策略的影响,针对国内既有高速列车制动利用率较低的特点,确定既有高速列车节能操纵策略,并通过启发式算法离线求解得到各操纵策略转换点。验证了本文所利用牵引计算和能耗计算模型的正确性;在此基础上,以国内某高速线路和高速列车为例,对本文提出的既有高速列车节能操纵策略进行仿真验证,量化分析发现:当运行时间增加约2.1%,若制动利用率为0,最高可节约5.05%的能量,随着制动利用率的提高,能量节约率逐渐下降,当制动利用率接近1时,本文所提出的节能操纵策略已不再适用。     

货运列车通过变坡点时纵向性能研究

根据列车纵向动力学原理,用计算机语言编制列车纵向动力学仿真程序。用该程序对列车在通过变坡点时紧急制动和常用制动缓解工况的纵向性能进行研究。以列车在平直道上的紧急制动和常用制动缓解工况的纵向冲动计算值作为基准值,将列车在凹形线路纵断面的紧急制动纵向冲动计算结果和凸形线路纵断面的常用制动缓解纵向冲动计算结果与基准值比较,用以确定列车通过变坡点时最不利的变换工况位置。从而对列车运行的优化操纵有一定的指导作用。     

基于免疫粒子群算法的地铁列车节能优化研究

在综合考虑地铁列车动力学特性、线路条件、区间限速以及准点运行等条件的基础上,建立基于再生制动能量利用的多约束能耗模型。通过免疫粒子群组合算法求解列车能耗模型,得到列车节能操纵工况序列及各工况转换点,最终求得列车站间运行的最低能耗。为验证该方法的有效性,以南宁地铁1号线为仿真实例,计算得出优化后的列车能耗降低6.62%。     

基于滚动优化的地铁列车节能运行协同控制方法

针对地铁列车节能运行问题,提出基于滚动优化的列车协同控制方法,将系统整体最优问题分解为基于时间推进的局部优化问题。考虑列车每次停站时同一供电分区内其它列车的操纵方案,实时计算下一站间运行净能耗最小的操纵方案。在计算操纵方案时,对传统的列车4阶段操纵策略进行改进,允许列车在运行途中进行2次牵引,减小列车牵引能耗并提高再生能的利用率。结果表明:相比列车基于传统4阶段的个体最优控制策略,采用本文提出的列车协同控制方法在不同发车间隔下均可提高再生能利用率并节约列车运行净能耗,平均节能率达8.37%。     

高速列车应急自走行辅助驾驶研究

当牵引供电网发生故障,高速列车应急自走行系统受车载储能装置容量限制,特别是在线路条件复杂时,如何操纵列车实现就近停车变得异常困难。为了解决高速列车应急自走行系统的速度曲线规划问题,进行了应急自走行辅助驾驶装置的功能设计和系统结构设计。根据列车应急运行的特点,设计了应急自走行优化算法。以CR400BF复兴号动车组列车运行于国内某高速铁路线路为例进行仿真,仿真结果表明,该装置可在能量受限的情况下规划列车自走行的运行速度曲线,与司机巡航驾驶相比实现了良好的节能性;同时,基于节能优化操纵策略,采用不同的牵引目标恒速速度进行仿真,仿真结果表明,根据线路条件选择合适的牵引目标恒速速度,对于车载储能装置容量受限的高速列车应急自走行驾驶具有重要的指导意义。