基于2阶段优化的高速列车节能运行仿真研究

以高速列车牵引计算为基础,节能运行为目标,充分考虑实际运行线路条件,提出包含坡道运行优化和全线惰行优化的两阶段优化方法,分别构建定时约束下的列车节能模型。第1阶段,将线路坡道离散化,使用遗传算法搜索列车运行能耗最小时的速度组合序列,将模型求解转化为最优化问题,获得列车速度运行曲线;第2阶段,通过遗传算法在列车的中间运行阶段选择合理的惰行位置和惰行区间速度,再次优化列车速度曲线。以济南—泰安为站间实例进行仿真,经过2阶段优化后,CRH_3型高速列车节能效果达11.63%。     

基于控制参数化方法的列车节能操纵优化研究

以列车运行全过程牵引能耗最小为目标,综合考虑定时、变坡道、线路限速、牵引力和制动力限制以及驾驶舒适度等约束条件,建立列车节能操纵最优控制模型。基于控制参数化方法,将列车节能操纵最优控制问题转化为以线路子分段上的列车控制力为优化参数的非线性规划问题。为克服常规方法不能有效处理阶梯状线路限速的不足,提出一种离散化方法,使无限维状态约束简化为有限维不等式约束。针对牵引力上边界约束随速度非光滑变化的特点,利用二次函数对列车牵引特性曲线进行光滑化近似,进而将上边界约束转化为不等式约束,最终得到的非线性规划问题可由序列二次规划算法求解。仿真结果表明:该算法能够在精确满足所有约束的前提下,有效获取列车节能最优操纵序列及相应的参考速度曲线。     

考虑人工驾驶的动车组列车节能运行优化

铁路运输中列车牵引能耗是主要的能源消耗.为有效减少列车牵引能耗,首先应用无制动保持速度的驾驶策略,考虑人工驾驶的特点和列车驾驶员实现驾驶命令时存在的不确定性,以列车运行时间和牵引能耗为目标,在满足一定的停站精度、线路条件等约束条件下,提出基于仿真的列车节能运行模型.然后应用模糊非支配排序遗传算法求解列车节能运行方案和最优能耗曲线.最后以广州东-东莞线路CRH1A型动车组为仿真实例,列车牵引能耗可降低7.8％,验证了模型的可行性和实用性.     

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。     

考虑再生制动能量利用的高速列车节能最优控制仿真研究

高速列车采用电空复合制动,具有综合制动的特性。为求解高速列车准点运行的节能最优控制问题,将电力再生制动工况和空气制动工况从综合制动特性中分离,建立适用于描述高速列车节能控制的运动学模型;将列车牵引传动系统效率和电力再生制动能量利用率引入能耗函数,并应用庞特利亚金极大值原理分析实现高速列车节能最优控制的必要条件,得到完整的高速列车节能最优控制工况集,推导牵引恒速、电力再生制动恒速和综合制动恒速这3种恒速控制工况下最优保持速度与电力再生制动能量利用率、牵引传动系统效率之间的定量关系,从而提出能够满足高速列车准点运行的节能优化控制算法。通过案例仿真,验证了算法的正确性。     

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。     

通过现车试验对电力限制制动器的性能评价

为限制制动功率,以避免再生失效并节约列车运行能耗,提出了一种人工操纵列车的辅助驾驶系统,该辅助系统由车载计算机和接口装置组成。由一种"词典"产生制动指令。"词典"的编制遵循在不延长走行时间的前提下增加再生能量的原则。为了考虑功率限制和解决行车时间延迟等运行问题,对该方法在一条运营线路上进行了评估。此次试验为列车节能驾驶提出一种有效的方法。轨道走行试验表明,限功率制动针对单一列车的运行节能是有效的。对人机接口存在的实际问题进行了深入研究。     

基于蚁群算法的城市轨道交通列车节能运行优化模型仿真分析

对城市轨道交通列车的开行模式、牵引控制特性、驾驶策略优化算法等进行了综合分析，基于蚁群算法建立了优化求解模型匹配的列车最优运行速度曲线，采用OPENTRACK软件对优化结果进行了仿真分析，验证了列车节能运行策略的可行性及算法优化的有效性。     

基于遗传算法的重载列车驾驶策略研究

针对重载列车在长大下坡道运行时需采取循环制动来保证列车安全运行的难点问题,通过分析重载列车动力学模型和操纵要求,研究了一种基于遗传算法的列车驾驶策略。首先,基于线路数据和列车编组数据,对重载列车运行过程进行了动力学模型的建立;然后以操纵要求建立约束集,设计了以工况(制动和制动缓解)转换点为编码对象的驾驶策略生成算法;最后选取朔黄铁路一段长大下坡道实际线路数据,仿真得到最优的工况转换序列,并生成列车驾驶曲线。分析仿真驾驶曲线与指导驾驶曲线速度的均方根误差以及速度误差的期望和方差,表明该方法是可行的。     

遗传算法在ATO目标速度曲线规划中的应用

在列车自动驾驶(ATO)系统中,结合遗传算法和列车逐级变速技术,规划出列车运行的目标速度曲线,实现了对列车加速、巡航、减速等运行状态的规划控制.仿真结果表明,该算法满足列车对目标速度曲线的安全性、准时性、节能性和舒适性等要求,可运用于ATO系统和培训仿真系统.     

高速铁路列车追踪间隔仿真计算系统设计与实现

列车追踪间隔与高速铁路列车运营密切相关,通过列车追踪间隔仿真系统能够检验列车牵引特性、线路条件等因素对列车追踪间隔时间的影响,对研究列车追踪间隔时间优化及列车技术作业方案设计提供有效的帮助。文章介绍了高速铁路列车追踪间隔仿真计算系统的设计,使用列车间隔时间标准化计算方法,结合列车牵引计算、车站以及线路等数据,通过原型系统的开发,实现了列车运行曲线与列车追踪间隔时间的计算与仿真。具体介绍了系统结构,功能设计及数据结构,以一个实际数据为例对系统的功能以及技术可行性进行了验证。实验输出数据基本符合我国实际情况,该系统能够作为列车追踪间隔相关研究的可靠工具。     

地铁B型车牵引能耗与再生制动节能效果分析

通过模拟列车运行速度曲线,分析列车的牵引耗电量和再生制动的节能效果;探讨地铁运营的节能措施,提高运营管理水平。通过对大量列车牵引计算图的分析,获得了地铁B2型车和B1型车日常运营的启动加速度、制动减速度、列车旅行速度、牵引耗电量、列车单位耗电量以及再生制动的节能效果;比较了运行速度由80 km/h提高到100 km/h的运行效果;探讨了地铁车辆选型的基本原则,对工程设计和运营管理具有一定的参考价值。     

基于列控车载设备制动曲线的高速列车牵引计算平台

为了检算铁路客运专线闭塞分区长度与列控系统的符合性,设计基于列控车载设备制动曲线的高速列车牵引计算平台。采用HTML,CSS,JavaScript,Vue.js,Node.js和Koa等Web技术进行开发,使用MySQL作为后端数据库,构建B/S架构应用平台,包括基础数据处理、列车运行仿真、列车追踪间隔时间计算、闭塞分区检算和统计分析5个功能模块。其中,列车运行仿真模块为牵引计算平台的核心,由线路信息、列车动力学模型、列控车载设备制动曲线算法和速度控制组成;列控车载设备制动曲线算法具备列车超速防护功能,根据移动授权和列车速度距离信息生成允许速度和制动指令,实现列车运行仿真的闭环处理。选取京沪高速铁路列控工程数据和CRH3A型动车组参数进行列车牵引计算,得到高速铁路列车追踪间隔时间,验证闭塞分区设计长度满足列控车载设备制动距离要求。结果表明:该平台可用于闭塞分区长度符合性检算,从而验证闭塞分区设计与列控系统的匹配性。     

高速铁路牵引计算与仿真系统研究

高速铁路的牵引计算与仿真对优化高速铁路线路设计、优化列车运行时间等方面具有重要意义。然而由于缺少高速铁路牵引计算规范和动车组数据资料保密未公开等原因,导致对高速铁路牵引计算仿真与系统的研究较少。采用动车组特性曲线CAD矢量化法和程序开发相结合,解决了高速铁路牵引计算力学数据的有效获取。基于多质点模型,建立了动车组牵引力、制动力、列车阻力的计算方法和公式。从牵引、惰行和制动三方面建立了动车组运动模型求解和运行过程计算算法。在此基础上,采用C#2010编程语言和Access数据库,开发了基于多质点模型的动车组牵引计算与仿真系统。实现了动车组数据和线路等数据的一体化管理;采用动车组编组等参数化设置,实现了不同参数下的高速铁路牵引计算与运行过程的完整仿真。     

基于牵引仿真的列车运行图软冲突疏解方法研究

定义存在于高速铁路列车运行图运行线间的使列车无法在适当功率下运行的软冲突问题,该问题使用既有列车运行图规划方法难以有效解决。分析软冲突形成的机理及其影响,论证牵引供电与列车群一体化仿真计算方法能较好解决软冲突问题,即利用牵引供电计算实现列车运行图软冲突的检测,基于该检测结果进行列车仿真运行调整,从而实现对软冲突的剔除。一体化仿真方法不仅能实现高速列车运行图软冲突的疏解,同时也能得出列车运行过程的操纵策略,并解决了交流牵引供电仿真计算中的某些难点问题。选用我国某一高速铁路线路为例,验证基于牵引仿真的列车运行图软冲突疏解方法。     

建立在信号系统上的牵引供电实时模拟系统

一个建立在信号系统之上的多车运行实时模拟系统可以优化和确定列车最小运行间隔,在预定的时刻表、发车间隔、线路条件、列车性质下,对全线的列车运行情况进行虚拟仿真模拟;同时在该系统中嵌入供电模块,可以实时再现列车、牵引网、供电臂、变电所的电压及电流情况,并就网压变化对列车运行的影响进行模拟分析。因此,该系统将成为铁路运营及牵引供电系统设计有利的计算机辅助设计工具。     

基于改进遗传算法的高速列车节能优化研究

为有效降低列车运行能耗,针对高速列车行进过程中的能耗优化问题,讨论了列车运行阻力的计算及列车停车点的设置,以此建立以列车能耗最小为优化目标的列车运行优化模型,提出3代逼近搜索的引导机制,改进了传统遗传算法中的算子,同时引入逆转算子提高算法求解能力。以CRH380B型高速列车和合福高铁(合肥—福州)数据为基础进行仿真,列车运行能耗降低了10.7%。仿真结果表明,提出的改进遗传优化算法在高速列车行进过程中,满足列车运行准时性和安全性,且能够有效降低运行能耗。     

城市轨道交通列车定时节能优化方法研究

针对城市轨道交通启停频繁的运行特点,从降低牵引能耗的角度出发,应用"四阶段"最优运行策略,得到各个阶段牵引能耗的计算公式。以牵引距离为自变量,将运行距离和线路条件等作为约束条件,设计了单列车站间牵引能耗计算方法。在此基础上,以牵引能耗值和运行时间误差的权重和作为目标函数,采用遗传算法进行优化,得到最优的牵引距离,从而得到各个阶段的运行距离,达到定时节能的目的。通过限制最大加速度值达到同时降低牵引能耗值和提高乘客舒适度的目的。通过算例在MATLAB软件中进行仿真分析,与实测值相比,定时节能优化情况下可节能22.45%;兼顾舒适度情况下,可节能21.99%。从仿真图可以看出,优化结果减少了工况转换次数,曲线更平滑。     

基于元胞自动机的高速铁路列车群追踪运行仿真模型

为分析高速铁路列车在追踪间隔缩小时的运行状态,根据准移动闭塞系统原理,设置列车区间运行和车站运行的演化规则,建立准移动闭塞条件下基于元胞自动机的列车群追踪运行仿真模型。利用元胞自动机对京沪高速铁路线路"上海虹桥—南京南"运行图中追踪运行的10列车进行建模仿真,分析仿真结果验证到达间隔时间是制约追踪间隔的瓶颈,并得出后行列车满足追踪间隔4 min或3 min的情况下,其运行速度不受前行列车的干扰。     

基于改进DE的城轨列车节能速度曲线研究

采用改进交叉策略的差分进化（DE，Differential Evolution）算法，研究城轨列车节能优化的速度曲线生成。该算法以起点到目标停车点的距离和工况状态值作为个体基因，基于改进交叉策略，结合工况转换原则，对变异后的个体基因进行有效化处理。建立末速度、停车位置误差、运行时间和牵引能耗的评价模型，在满足安全运行和舒适度要求下生成最优列车自动运行（ATO，Automatic Train Operation）速度曲线。经数据仿真测试，牵引能耗为28.8 kw·h。生成的速度曲线，在准时到达的前提下，具有较好的节能效果，对城市轨道交通的列车节能优化运行研究具有一定的参考价值。