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。     

列车节能运行的优化研究

通过构造均衡速度理论分析模型，在运行时间不受限制的前提下，对电力机车牵引运行究竟是高手柄级位节能还是低手柄级位节能，即究竟是运行速度高节能还是运行速度低节能这一基本问题进行深入研究，综合分析论证得出一般性结论：列车牵引运行是否节能是由列车运行基本阻力特性这一主要矛盾决定。     

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...     

基于FAPSO的地铁列车节能运行优化研究

以地铁列车节能、准点运行为研究目标,在充分考虑实际运行线路条件下,构建满足约束条件下的多质点列车运行能耗模型,并在此基础上,将萤火虫算子引入到标准粒子群算法中,构建一种包含萤火虫算子的粒子群优化算法(FAPSO),进而提出基于FAPSO算法的双层结构一体化优化控制方法。上层结构优化通过使用FAPSO算法对获得的总冗余时间进行分配,进而得出各站间最佳运行时间,优化列车运行时刻表;下层结构优化在上层结构优化所得站间最佳运行时间下,对不同运行策略下列车运行能耗进行比较,进而优化整条线路的列车运行策略。最终,获得列车站间节能、准点运行的最优驾驶方案。以广州地铁站间线路为例,通过MATLAB进行实例仿真,仿真结果表明,经双层结构一体化优化后列车运行能耗降低10.8%,且满足列车准点运行的要求。     

中高速列车共线运行的仿真研究

以京沪高速为背景,对中高速列车共线运行仿真问题进行探讨。分别建立单列车运行模型和多列车共线运行模型。单列车运行模型全面考虑了列车物理特性、线路条件、列车受力情况以及运行控制过程。多列车模型在上述基础上,附加了共线运行不同速度列车间的相互影响,对列车间距控制和避让进行了重点考虑,研究多列车共线运行时的列车间距控制策略和避让策略。用VisualC 6 0进行了中高速列车共线运行的软件实现。仿真计算结果表明,该软件能较好模拟多列车共线运行情况,可作为列车调度系统中负责列车运行模拟的子系统。     

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。     

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。     

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%。     

基于粒子群优化算法的地铁列车节能运行研究

在建立地铁列车运行物理模型的基础上,采用粒子群优化算法搜寻列车区间运行的惰行点位置,优化列车区间运行时间及运行能耗。基于南京地铁2号线实际线路模型,利用粒子群优化算法求解定时节能策略中列车区间运行惰行点位置,计算区间运行时间、能耗及回馈能量。结果显示,区间运行时间增加5.5%,列车运行能耗相应降低18.73%。     

货运列车节能平稳运行优化操纵研究

铁路货运作业愈加繁重,能源消耗和司机工作强度不断增加。对货运列车节能平稳操纵算法进行研究,构建辅助或自动驾驶系统,将有效改善这一现象,促进铁路运输业健康发展。本文将专家系统和节能运行最佳工况切换点判定准则相结合,设计了满足安全、准点、平稳和合理操纵约束的货运列车节能运行优化操纵算法。首先在分析列车节能最优控制理论成果、优秀司机平稳操纵经验和电力机车自身操纵约束的基础上,归纳明确了列车节能、平稳和合理操纵方面的规则约束,并分析协调规则间的作用优先级,构建对象知识库,形成专家系统。随后基于局部能量最小原则,确定列车节能运行最佳工况切换点判定准则。最后给出了算法实现流程。将该算法应用于邯郸—长治线列车的操纵优化,并选取优秀司机的驾驶数据进行案例对比,结果表明,本文算法较该司机节能2.6%。     

基于混合整数规划的高速列车多区间节能优化研究

当今巨大的能源消耗成为高速铁路发展不可忽视的问题,节能优化显得格外重要。从列车优化操纵与区间运行时分分配两方面出发,在总运行时分约束下,探讨全程最节能的运行时分分配方案及所对应的列车操纵策略。在列车运动方程基础上,引入经停站约束,建立列车运行能耗和区间运行时分分配同步优化的非线性连续节能优化模型。通过离散化与线性变换,将节能优化模型重构为混合整数规划模型,并利用Cplex求解。以高速铁路线路为背景设计算例,验证模型的有效性。仿真结果证明在列车优化操纵策略的基础上,优化区间运行时分分配方案可以进一步降低列车总运行能耗。在不改变总运行时间的情况下,运行总能耗可降低1.03%。     

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WebGL的高速列车在线运行及沿线虚拟地理环境仿真

为实现Web环境下构建高速铁路沿线虚拟地理环境,模拟高速列车运行,首先确定多层次虚拟地理环境的语义组织方式并对铁路沿线地形表面进行多尺度数据建模;再基于GIS技术构建场景数据与基础地理数据的发布与分布式存储方案;最终基于WebGL技术提供集成高速铁路轨道、多尺度遥感影像、数字地表模型等多源数据的铁路沿线虚拟地理环境无插件构建方法,并提供列车信息管理及运行仿真方案。以高铁郑西线为案例线路的实践表明:方案考虑多尺度地形与地物建模、网络环境下大场景渲染、复杂地形的高效率可视化等问题,实现了铁路沿线虚拟地理环境构建和列车运行仿真,对高速铁路列车运行仿真有重要参考价值。     

基于ANFIS的高速列车制动控制仿真研究

将自适应神经模糊推理系统应用到高速列车制动控制当中,实现了高速列车制动过程的智能控制,具有控制安全性好,停车误差小,同时在模拟人操作方面有很好的效果。并且在MATLAB环境中进行了仿真研究,将ANFIS与SIMULINK有机地结合在一起,充分地发挥了各自的优势,简化了仿真过程。仿真结果表明了该方法的有效性与正确性。     

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%。     

基于启发式遗传算法的列车节能运行目标速度曲线优化算法研究

针对传统速度曲线优化算法在极限线路条件下鲁棒性差、易陷入局部最优的缺点,提出一种基于启发式遗传算法的速度曲线优化算法。基于列车运行基本模型和相关约束条件,按经典的四阶段法规划速度曲线轮廓,选取巡航速度和惰行点位置作为优化变量,采用启发式遗传算法进行寻优,中途如因限速变化等情况与最短时间运行曲线交汇则强制沿最短时间运行曲线运行。仿真实验结果显示,该算法具有收敛速度快、优化精度高、鲁棒性好的优点。该算法有效克服了进化算法搜索结果不确定性和速度波动性的固有缺点,对该领域以及其他交通工具的节能运行和自动驾驶,具有较好的参考意义和实用价值。     

高速列车齿轮箱流场仿真研究

以某型高速列车齿轮箱为研究对象,针对其运行过程中复杂的内部流场进行仿真分析。建立简化齿轮箱油润滑三维模型,进行流场仿真。获得稳定运行后箱体内部不同瞬时的压力和速度,揭示齿轮箱正常工作时内部流体的分布及变化规律。研究结果表明:齿轮箱内部压强随着运行速度增大而增大,最大压强出现在齿轮即将啮合的位置,速度随时间波动最后趋于平稳,最大速度出现在旋转齿轮的齿顶附近。     

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。