地铁列车基于惰行控制的节能优化运行研究

为降低地铁列车运行能耗,提出了基于惰行控制的节能优化方案。根据地铁列车运营特点和列车运行能耗特性,同时结合列车优化操纵方法,在不考虑列车运行过程中的工况转换时间前提下,提出了一种快速搜索适合惰行点的节能优化算法,并与其他2种惰行优化处理方式进行仿真对比。结果表明:基于惰行控制的节能优化方法能有效地降低列车能耗,算法处理速度快,同时满足高精度的定时运行要求。所提出的节能优化处理方式在节能效果上比逐个处理方式高10.8%,比同时处理方式高4.5%。     

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。     

面向定时节能运行的列车牵引计算算法

列车牵引定时计算是轨道交通列车牵引仿真系统的重要功能模块,对于实现列车按运行图模拟仿真运行具有重要意义。在考虑定时运行的基础上,实现列车运行全过程能耗最小化,则使该研究更具实际价值。在分析列车牵引计算运动学理论基础上,构建基于巡航惰行组合中间过程的列车运行定时节能仿真双层规划模型,分析以巡航速度为能耗控制变量、以惰行点位置为运行时间控制变量的二分法求解模型的可行性及解的存在性,设计基于二分法的列车运行定时节能优化算法。完成定时节能仿真模块的计算机程序编写,并以广州市域快线18号线(规划方案)万顷沙—横沥区段做案例分析。仿真计算列车运行时间与时刻表时间误差满足精度要求,且在能耗上求得最优解,表明模型构建和算法设计有效,且具有计算量少的优点。     

小型地铁列车牵引制动试验台设计

设计了一个用于仿真地铁列车牵引制动性能的小型试验台,该试验台能够模拟地铁列车起动加速、惰行和制动过程。其以计算机为控制核心,通过Lab VIEW软件和数据采集设备实现人机交互,采用变频器控制电机转速和方向的方法实现地铁列车起动加速和惰行的模拟,采用程控电源及制动夹钳装置控制电动推杆的方法实现地铁列车制动的模拟。整个装置成本低、体积小、质量轻、运行稳定流畅,较好地实现了人机交互和计算机自动控制功能。     

城市轨道交通ATO的节能优化研究

自动列车驾驶系统ATO通过对列车的速度调节实现列车在站间的自动运行,列车在站间的控制策略决定其运行的能耗。传统的ATO可以根据线路情况、列车当前速度、位置、牵引制动特性以及停车点的位置计算相应的速度曲线,通过一定的控制算法实现对列车速度的精确追踪,保证列车准点并精确地到达停车点。但是该过程使得列车在站间运行时反复实施牵引力和制动力的转换,能耗较大。本文在传统ATO控制策略的基础上,分析一种基于驾驶策略的ATO控制方法,给出一种ATO节能驾驶策略的求解算法。该算法在保证列车到站时间误差在一定范围的前提下,通过延长列车的惰行距离,减少列车在站间运行的能耗。     

城市轨道列车惰行优化研究

提出了一种基于改进目标速度的惰行节能控制策略。该策略使列车在满足运行时分的前提下以较低的能耗运行。同时在研究和比较了传统的列车惰行控制策略之后,优化了列车在惰行过程中运行工况频繁变换的问题,使列车运行更加合理和满足实际的操纵。最后利用VC++软件实现了该优化控制策略仿真模块的开发,线路模拟结果验证了该控制策略的正确性和可行性。     

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%。     

动车组节能运行控制策略仿真分析

依据动车组运行速度、牵引制动特性及运行区间线路特征构建运行能耗数学模型,输出包含最大级位牵引、最大级位制动、小级位牵引、惰行和小级位制动等运行工况的节能运行控制曲线;对运行区间进行离散分区,构成区间分区序列,分区间的运行速度转换点构成速度转换序列;根据最优速度转换序列,组合最大牵引、匀速、惰行及最大制动运行模式,得到最优节能运行控制策略;采用实际线路及列车参数对最短运行时间能耗、司机操作运行能耗和节能策略运行能耗进行仿真分析,输出速度-能耗-里程关系曲线。通过对仿真计算结果与实车测试数据进行分析对比,验证了动车组节能运行控制策略的有效性。     

高速列车节能运行优化控制方法研究

高速列车节能运行控制对高速列车节能降耗至关重要。基于现代最优控制理论,考虑列车再生制动能量反馈,建立高速列车在定时约束条件下最小能耗计算模型,利用极小值公式推导得到最佳控制原则为最大牵引、匀速、惰行及最大制动这4种运行方式组合。在此基础上,依据高速列车牵引特性和阻力特性曲线,提出一种列车节能运行控制方法,基于此方法求解得到列车运行能量消耗最低所对应的最大速度值,从而计算得出整个运行过程中列车运行能量消耗最小时最大牵引、匀速、惰行及最大制动的转换点。为验证所提方法的有效性,以京津城际CRH3型动车组为例,采用本文所提出的节能运行控制方法,列车运行能耗比试验测试值降低了约14%。研究结果为高速列车节能运行控制提供了依据。     

惰行和制动工况下重载列车曲线通过数值模拟

为了研究重载列车在惰行和制动工况下通过曲线时的轮轨接触特性,采用数值方法建立单自由度车辆和全自由度车辆混合的列车动力学模型,对比分析了惰行和制动工况下列车曲线通过时的运行安全性、车轮磨耗分布特征、轮轨滚动阻力特性影响。结果表明:考虑车钩负载效应和闸瓦贴靠车轮作用的列车模型在曲线制动工况下的轮轨横向力和脱轨系数指标均比惰行工况时略差,但轮重减载率指标几乎相当;由于制动时闸瓦压力增大了轮对的摇头约束,导致通过曲线时导向车轮磨耗功率的动态分布区域比惰行时更靠近轮缘处;制动工况下的牵引比率随曲线曲度线性变化的范围比惰行工况时大,且随着制动强度的增大,牵引比率也逐渐增大。     

基于KH算法的高速列车ATO控制策略优化研究

针对传统高速列车自动驾驶(ATO)控制策略优化时简化线路参数、列车牵引计算采用单质点模型等问题,将列车通过牵引供电分相区断电惰行纳入运行工况,建立动车组多质点模型。在满足列车运行图固定运行时间条件下,以能耗、准点性、停车准确性及舒适性为指标建立高速列车ATO控制策略优化模型。利用磷虾群(KH)算法对高速列车ATO控制策略进行优化。以兰新高速铁路某区间线路数据为例,仿真测试表明KH算法可以在较少的迭代次数下获得较粒子群算法更优的ATO控制策略,且列车过分相区断电惰行会对优化结果产生影响,验证了所提算法在优化高速列车ATO控制策略中的优越性及将列车过分相区断电惰行纳入运行工况的合理性。     

城市轨道交通列车区间节能运行优化方法

提出了城市轨道交通列车区间运行的节能驾驶策略,分析了能耗节约量与区间运行时分增加量的关系。通过解析方程,分析了列车区间运行的节能效果。通过实例验证了惰行进站策略的节能效果优于降速行驶策略。利用动态规划的方法,在城市轨道交通服务水平的约束下,求解了全线路能耗节约量与列车旅行时间的关系,便于运营管理部门制定更节能的列车运行计划。     

基于大数据的地铁列车能耗仿真和节能操纵

介绍了地铁车辆大数据特性,建立了列车多质点运动学模型和能耗模型,开发了一套基于大数据的地铁列车能耗仿真算法,并进行了实际线路仿真模型和算法验证;探讨了列车牵引特性下的节能操纵问题,提出了能满足列车安全、平稳、定时约束等要求的节能操纵方法。仿真结果验证了该方法的可行性。     

一种货运列车节能优化方法研究

研究了一种货运列车节能优化方法.首先以列车运行时间为约束,建立列车节能运行优化模型.设计了一种基于极大值原理的动态规划算法,在满足运行时间约束下,实现列车最优节能运行操纵策略优化.本算法仅仅对速度进行离散化处理,相比其他方法需对位置和速度进行双重离散,避免因网格划分引起的速度轨迹波动,同时提高了计算效率.此外,该算法将...     

考虑冲击限制的地铁列车牵引计算算法

地铁列车牵引计算往往沿用铁路列车的牵引计算方法,忽略了地铁车辆对控制加速度的"缓变式"处理过程,给牵引计算的控制加速度、速度和运行时间计算带来偏差。给出了考虑冲击限制情况下,地铁列车最大能力运行及节能运行时的牵引计算算法,并采用实际列车和线路数据对算法进行了验证。计算结果表明,考虑冲击限制的地铁列车牵引计算算法可以提高牵引计算中列车速度、加速度和时间的仿真精度,使速度和加速度的仿真计算结果更符合地铁列车运行实际,区间运行时间的计算精度可提高2%以上。     

基于目标速度追踪的城轨列车节能优化算法

为了实现城市轨道交通的节能运行,提出基于目标速度追踪的城轨列车节能优化算法。首先构建列车均质棒动力学模型和节能优化目标函数,利用极大值原理推导出列车节能运行工况。然后重点分析列车运行时间和运行方式对能耗的影响。在对典型方案仿真分析的基础上,提出通过陡坡时的基于等效平均速度法的运行策略,以及目标速度改变时合理利用惰行的运行策略。最后通过目标速度追踪的方法得到速度曲线,实现城轨列车的节能运行。利用上海地铁3号线的数据对本文提出的算法进行验证,结果表明相较实际运行情况,本文提出的算法可以降低25.39%的运行能耗,同时求解得到的速度曲线更加平缓,更适合城市轨道交通的实际运行情况。     

高速铁路行车调度节能运行图编制方法研究

针对高速铁路行车调度节能需求的现状,以列车在区间运行效率最高和总能耗最低为优化目标,提出以区间运行时间和停站时间为输入变量,对能耗成本和运行时间进行优化,建立节能运行图编制模型.通过仿真实验,结果表明在列车运行图编制中,考虑适当地增加列车运行时间和优化停站方案时,可以节省很多列车运行能耗.     

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。     

ATO列车惰行模式节能应用研究

在借鉴国内外研究成果的基础上,在国内运营线路上对ATO(列车自动运行系统)惰行控制进行实际测试,得到ATO列车在运营时刻表下惰行模式的实际节能效果。结果表明:在列车运行过程中,采用惰行模式可以有效降低列车的能耗,达到节能减排的目的;并结合线路运营情况,对ATO列车惰行模式运营进行ATS(列车自动监控系统)时刻表优化和到发站操作流程的优化,可降低节能模式对运营服务的影响。