基于回声状态网络速度预测的高速动车组优化控制

精确的速度预测控制是实现高速动车组安全、准点、节能优化控制的基础。然而,高速动车组运行过程干扰因素多、动力学非线性复杂,难以通过数学分析的方式建立其精确的速度预测模型。文章充分利用回声状态网络在非线性时间序列预测方面的优势,进行高速动车组运行速度的在线预测,同时采用多目标粒子群优化算法对预测控制输入进行多目标优化,实现高速动车组运行速度的精确控制,并基于某型号高速动车组的现场运行数据,仿真验证了本文方法的有效性。     

面向列车节能控制的时刻表优化

列车牵引运行能耗是铁路运输中的主要能源消耗,直接由列车运行操作决定。时刻表是列车运行操作的依据,与运行控制密切相关。结合时刻表优化与节能控制的相关因素,以列车能耗值和列车时刻表稳定性综合最优为目标,在满足列车安全追踪间隔等约束的条件下,制定面向列车节能控制的时刻表优化模型,针对模型特点设计一种采用迭代寻优的富余时间分配求解算法,实现时刻表的优化过程。实验结果表明,该算法在保证列车时刻表稳定性在一定范围的前提下,通过调整列车在中间车站的到发时间,可以减少列车在站间运行的能耗,节约能耗占总能耗的4.04%。     

动车组固有速度—单位能耗指标及计算方法研究

为获得更高速度条件下动车组能耗水平,研究并提出动车组速度—能耗为目标值的分布规律。通过国内外相关技术文件和动车组试验结果,提出采用动车组在平直道恒速运行时的人均百公里耗电量指标,用于评价动车组由设计制造所赋予的固有能量消耗水平。根据动车组单位能耗构成特点,给出了具体的单位能耗指标计算方法,分析动车组固有属性决定能耗水平的影响因子。以某高速动车组能耗实测结果为例验证其速度—单位能耗分布规律适用性。     

超级电容有轨电车多区间节能优化研究

超级电容有轨电车具有高效环保的优点，研究其多区间运行时刻表和运行策略能够进一步降低运行能耗。文章首先介绍车载超级电容能量流动模型，建立列车动力学模型与超级电容模型，以列车系统总能耗最小为目标，建立协同优化列车运行时刻表和运行策略的节能控制模型；设计动态规划算法，求解列车多区间运行时刻表和运行策略；最后通过实车线路进行仿真验证。结果表明，在各区间均采用节能运行策略，相比于标准时刻表，优化时刻表能够进一步降低运行能耗；同时分析了多区间总运行时间与能耗的关系，可综合考虑列车运行能耗与效率制定运行时间，采用协同优化方法确定时刻表与运行策略，从而达到节能的目的。     

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。     

高速动车组自动运行仿真研究

文章以京津高速动车组为实例,开展高速列车自动运行的仿真研究。基于高速动车组的自动运行控制模式,建立高速动车组自动运行的ATP数学模型。对京津客运专线高速动车组运行的启动、限速运行和到站停车进行多方案的仿真计算研究。计算结果与实际运行情况有良好的一致性,表明高速动车组自动运行仿真程序可以为我国高速铁路工程建设提供有效工具。     

国产高速动车组齿轮箱通过试用评审

<正>由南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司(以下简称戚墅堰所)自主开发的高速动车组齿轮箱已顺利通过中国铁路总公司技术方案和产品试用评审,高速动车组齿轮箱即将实现中国"智造"。齿轮箱是高速动车组十大配套技术之一,它能准确地将电机驱动功率按照一定的比例传递到动车组轮对上,是动车组最重要的传动环节之一。高速动车组齿轮箱不仅设计制造难度大,还有严格的准入评审制度。此次参与评审的专家组一致表示,戚墅堰所自主研制的高速动车组齿轮箱技术资料齐全,产品各项性能满足动车组制造企业的技术规范要求,与原型进口产品具有完全互换性,同意通过技     

中低速磁浮交通多车协同利用制动能量的研究

首先分析了中低速磁浮交通单列车运行能耗和供电系统,在此基础上建立多列车运行能耗模型。为了充分利用再生制动能量,提出了可对运行间隔、停站时间和区间运行时分微调的列车运行时刻表制定方法。设计了多种群遗传算法,以多列车运行能耗最低和最大程度利用再生制动能量为目标,优化列车运行时刻表。通过采用精英保留策略和移民策略算法,提高了寻优过程的稳定性和速度。仿真结果表明,本文方法可将再生制动能量的利用率由传统14.8%提高到80.9%,将被利用的再生制动能量与运行能耗比值由传统0.74%提高到4.2%。     

考虑再生制动能利用的城市轨道交通列车节能运行优化方法研究

对列车运行过程的优化是实现城市轨道系统交通节能的重要途径之一。列车节能运行优化主要包括两个层面的问题:一是单列车站间运行策略优化;二是多列车运行协调的时刻表优化。从上述角度出发,分别建立以能耗最低为目标的单列车站间运行优化模型和以再生制动能利用最大为目标的多列车运行时刻表优化模型,设计相应算法进行求解,并提出将二者结合协同优化的方法。采用北京地铁某线路数据,验证所建模型适用性和优化效果,提出针对全线能耗最小的全局优化方案。     

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。     

京沪高速动车组速度目标值与列车能耗问题的研究及探讨

动车组能耗水平是决定高速铁路运营成本的关键因素,其大小取决于运营速度目标值的选择。依据新一代高速动车组京沪先导段的能耗测试结果,提出一种长距离多工况下列车牵引能耗估算方式。估算不同速度级直达开行方式下京沪全程高速列车的牵引能耗,比较不同速度级下总牵引能耗大小、牵引能耗组分、运行时间,以此作为选定京沪高速动车组速度目标值的部分依据。能耗估算结果表明,京沪高铁高速动车组一站直达开行方式选择300km/h作为速度目标值相比其他速度级具有较优的能耗水平和经济效益。     

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。     

高速动车组再生制动控制系统的研究与仿真

研究目的:制动控制是高速动车组安全运行的关键技术之一,也是动车组牵引传动系统的重要组成部分。高速动车组的制动系统采用再生制动和电气指令式空气制动相结合的方式。在所有制动方式中,再生制动是唯一一种向电网回馈能量的方式,日益成为交流传动动车组的首选制动方式。如何实现牵引、制动、恒速、惰行等不同控制方式之间的平滑切换、回馈电网的单位功率因数控制是再生制动控制系统的核心技术。本文以CRH2型动车组为研究对象,对动车组再生制动关键技术进行研究,研究成果对高速动车组牵引变流关键技术的消化、吸收、再创新具有一定参考价值。研究结论:(1)设计出一种基于双滞环调节的恒速控制器,实现动车组在0～250 km/h范围内任意速度下稳定运行。(2)仿真系统在动车组制动时能够实现能量的回馈和电网的单位功率因数控制,且可以按照特性曲线发出再生制动力指令,满足动车组运行要求。     

一种结合时刻表调整的列车节能驾驶优化方法

为了降低高速列车在连续站间运行的能耗,以区间运行能耗和运行时间为目标建立列车驾驶策略优化模型,采用基于模拟退火的粒子群算法PSO-SA进行求解,得到每个运行区间的能耗-时间Pareto解集,并通过最小二乘法拟合得到每个区间相应的Pareto曲线。在此基础上,提出一种时刻表优化调整方法,在始发站至终点站总运行时分确定的前提下,基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件调整每个站间运行时分,给出最优的站间运行时分组合和最佳的区间运行策略。以CRH2A高速列车在镇江南—昆山南区间实际运行数据为基础进行仿真验证,结果表明:通过区间最优工况求解和多站间运行时分调整优化,列车在多站间的总运行能耗降低了17.6%,验证了模型和算法的有效性。     

基于再生制动能量利用的地铁列车时刻表设计方法研究

结合线路参数、列车运行工况以及时刻表等因素,分析了同一供电区段内列车再生制动能量的利用情况,建立基于再生制动能量利用与运行时刻表设计的多车节能优化模型。通过引入浓度免疫算法,调整列车时刻表中发车间隔、停站时间、运行时间等要素并优化列车操纵工况,求解出实际线路下的节能运行时刻表及多车节能驾驶策略。结合南宁地铁1号线某供电区段的仿真数据证明,采用优化的节能运行时刻表在满足正点运行的前提下,提高再生制动能量的利用率达11.4%,降低列车运行的总能耗达16.9%。     

高速动车组用制动盘的研究

通过选材试验和改进结构设计,研制的高速动车组制动盘材料的常温及高温下机械性能较好、热膨胀系数较小、热传导系数较高并且锻造工艺性能好.高速动车组制动盘与粉末冶金闸片相匹配的摩擦副,其摩擦制动性能良好,安全可靠性较高,能满足200 km/h和300 km/h高速动车组的运行要求,可以在200 km/h和300 km/h高速动车组上装车试运行.     

基于Radau伪谱法的储能式有轨电车速度优化控制

优化有轨电车运行状态是一种简单、可靠、有效降低有轨电车能耗的方法。鉴于有轨电车站间红绿灯对其运行状态的影响,以及通过优化有轨电车的速度轨迹使其在不停车的前提下顺畅通过交叉口等仍缺少研究的现状,以储能式有轨电车为研究对象,建立了基于场景的环境模型和列车运动学模型。以有轨电车在行驶过程中的总能耗为优化目标,根据其出站时和到站时的状态以及红绿灯的配时信息建立模型约束,采用Radau伪谱法优化有轨电车的速度轨迹,实现行驶过程中的总能耗最小。仿真验证表明,该算法能使有轨电车平顺地通过信号交叉口,避免因在红灯时间窗到达停车线造成的急加速、急减速等行为,总能耗减少了23.45%。     

两级模糊神经网络在高速列车ATO系统中的应用研究

列车自动驾驶系统(ATO)作为替代司机、实现铁路运输自动化的重要设备,受到国内外铁路科技工作者的广泛关注,它的性能关系到铁路运输系统的安全和效率。一种高效的高速列车控制方法可以很好地满足人们对高速铁路"安全、正点、舒适和快捷"的要求。由于模糊神经网络具有自动提取经验和进行推理的特点,在前人研究的基础上,本文用两级模糊神经网络对高速列车运行过程进行控制。参照当前列车运行速度、线路状况、列车编组、列车时刻表、距目标点距离以及目标点所允许的速度,前一子网模拟优秀司机的操纵可获得在当前状态下应采取的最佳列车运行工况,后一子网根据运行工况、线路状况、列车在线路上位置、列车编组、列车时刻表、距目标点距离和目标点允许速度,得到列车在该工况及当前条件下的运行速度。仿真实验结果表明该方法正确有效,达到了期望的效果。     

基于黄金比例遗传算法的动车组列车节能优化研究

为研究注重最小化能耗的动车组列车运行控制,针对列车单质点模型受力分析不准确问题,提出一种对附加阻力进行处理的多质点方法,进而以多质点模型为基础进行2次优化。为解决遗传算法寻优时容易陷入局部最优的问题,提出一种基于黄金比例遗传算法的优化方法,1次优化通过该算法为列车运行寻求一组满足约束条件的目标速度集合,获得列车节能运行速度曲线。考虑过电分相对列车运行的影响,进行2次优化,将运行区间划分为操纵固定段和操纵可优化段,并通过黄金比例遗传算法搜索出一组操纵可优化段内满意的工况转换点,结合1次优化得到列车最终运行曲线。以兰考南-开封北线路CRH3型动车组为仿真实例,列车运行能耗降低了10.83%,表明所提方法是可行的。     

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。