列车节能操纵优化方法研究

讨论了在起伏坡道线路上运行的列车节能操纵的离线优化问题，提出了一种局部优化仿真计算与全局寻优策略相配合的仿真优化计算模型，其特点比较适合列车优化操纵实时系统的要求。     

列车节能操纵优化求解方法综述

本文介绍列车节能操纵优化研究的基本问题。基于求解方法的特征对已研究的方法进行分类,将其分为:解析方法、数值方法和仿真方法。分析各个方法的研究现状与投入应用的情况。解析方法求解速度快,且能得到理论上的最优解,为了保证存在有效解,需要进行简化处理;数值方法易于处理较复杂的目标函数,但求解得到的往往是局部最优,收敛性不能保证;仿真方法速度较慢,并不适于在线计算,但其思路简单,易于理解,是一种实用性较强的离线寻优方法。对列车节能操纵优化方法的研究前景进行了展望。     

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。     

节能列车操纵的思路及方法

针对机车司机操纵列车时存在不合理的能源消耗这一问题，从列车运行中各种机械功的组成及转化规律入手，根据列车运行需要及操纵经验，对节能列车操纵的思路及方法进行了分析论述。     

基于矩阵离散法的地铁列车节能优化操纵方法及实现

综合考虑由坡道、弯道组成的复杂线路,通过研究列车特定运行规律,对线路隔断分离分析,进而采用拉格朗日乘数法建立限定时间、速度、加速度等约束条件下的最小能耗模型,提出将地铁列车各阶段参数进行离散化分解并编码,继而对不同控制序列建立离散化矩阵模型,以寻找最佳节能操纵策略的矩阵离散方法。引入基于粒子群寻优算法的组合计算以提高算法精确度和增强全局寻优能力,以此为基础设计基于矩阵离散法的地铁列车优化操作智能系统,为列车安全、节能行驶提供理论和实践参考。案例证明该方法有效且计算精确。     

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%。     

城市轨道交通追踪列车定时节能操纵优化

研究在给定站间运行时分前提下的城市轨道交通追踪列车节能操纵优化模型,模型以两列车在两站间运行的总能耗最小为目标,通过同时优化前行列车和追踪列车的操纵策略以提高再生制动能的利用。在一定的制动停车距离、线路平纵断面和限速条件下,将站间区间划分为若干个子区间,建立两列车在各个子区间的运行工况序列选择模型,通过遗传算法优化两列车在每个子区间的牵引力使用系数、末速度和运行时间,提高列车牵引时对再生制动能的利用率。算例表明,在给定的站间区间上,本文模型在保证正点前提下比单列车定时节能算法的能耗降低5.8%。当区间存在陡下坡时,两列车在途中运行过程中比在进出站过程中协同利用再生制动能效果更显著。     

列车节能操纵技术研究

列车运行加速与机车能源节约之间是一对既互相依存又互相对立的矛盾关系,通过对加速度理论分析研究,提出节能操作技术,解决机车功率与列车速度、线路坡度间的配合关系问题,把握列车最佳加速时机,获得列车最佳加速度,使列车达到高效、节能的运行状态。     

长大下坡道区间地铁列车节能操纵方法

针对地铁列车在长大下坡道区间长时间使用制动不利于节能的问题,在标准四阶段节能操纵方法的基础上,提出通过优化工况出现的序列及相互间的转换位置、充分利用坡道势能使列车加速进而减少牵引工况持续时间的改进操纵方法;以最大牵引力的牵引终止位置和初次巡航终止位置为决策变量,以列车运行牵引能耗最小为优化目标,建立改进操纵模型;采用加入邻域搜索策略的改进遗传算法和Brute Force算法求解模型,结合案例分析改进操纵模型及算法在不同线路条件和运行时分下的节能效果。结果表明:在限速为80km·h-1的长大下坡区间和给定运行图下(富余时分比例为区间最小运行时分的10%),采用改进操纵方法较标准四阶段操纵方法节能30%以上;改进操纵方法的节能效果与坡道条件、线路限速和运行时分富余量有关,节能效果随线路限速的降低和运行时分的减少而增加。     

列车节能驾驶操纵的技术系统

近年来，随着德国政府对环保和节能提出越来越高的要求，德国铁路公司（DBAG）非常重视降低牵引机车的废气排放，采取有效的节能措施，降低运营成本。其中的一项重要措施是，在通过试验研究取得成效的基础上，在客运电力和内燃机车上安装列车节能驾驶操纵技术系统。该系统能够帮助司机在驾驶操纵过程中根据列车运行的实际状况进行合理操作，在驾驶室的显示屏上直观反映能耗并且提示应当采取的改进措施，     

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.     

基于DP-SQP方法的列车动态编组优化控制

动态编组逐渐成为列车运行控制领域的研究热点之一,低牵引能耗、高编组精确性、强抗干扰能力的多目标控制是实现动态编组的难题.针对这一问题,提出一种基于动态规划(DP)-序列二次规划(SQP)的优化控制方法.首先,对动态编组过程建立数学模型;然后,建立以低能量消耗和精确编组为目标的动态编组优化问题,在离线状态下使用动态规划算...     

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。     

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%。     

基于节能的地铁列车时刻表优化

合理的列车时刻表,可调节在线列车启动、制动情况,增加再生制动能量被启动列车吸收利用效率,减少其在制动电阻上的消耗。结合四列车理想模型,采用粒子群算法调节列车停站时间,优化列车运行时刻表以达到节能的目的。停站时间修正量为5 s和10 s两种情况。仿真结果显示理想模型中变电站能耗降低、列车总能耗降低、列车总回馈能量上升,制动电阻能耗降低。在此基础上,利用粒子群算法优化南京地铁2号线时刻表,结果表明变电站能耗减少5%,节能效果明显,算法有效。     

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。     

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%。