內(nèi)燃牽引貨物列車節(jié)能操縱模型與實時優(yōu)化算法.pdf

1、列車運行控制是一個典型的多目標、多約束、非線性的復(fù)雜時變過程。在我國鐵路運輸既有條件下，列車運行控制品質(zhì)基本依賴于司乘人員的操縱技術(shù)水平。鐵路運輸雖具有單位能耗低的優(yōu)點，但消耗能源總量很大，其中牽引耗能所占比重高達60％～70％，具有很大的節(jié)能潛力。因此，研究動態(tài)運行環(huán)境下的列車節(jié)能操縱實時優(yōu)化問題，可以在安全、正點的前提下實現(xiàn)鐵路運輸節(jié)能減排，為今后研究列車自動駕駛奠定理論基礎(chǔ)，具有重要的研究價值和現(xiàn)實意義。
　　 在借鑒國內(nèi)

2、外已有研究成果的基礎(chǔ)上，論文主要從區(qū)間運行和停車制動兩個方面研究了列車節(jié)能操縱優(yōu)化問題，提出了基于實際約束條件的列車節(jié)能操縱實時優(yōu)化算法，并探討了車載指導(dǎo)系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)和實證效果。論文主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 1.從機車牽引力做功的角度分析了列車運行能耗的主要作用形態(tài)，即克服列車運行阻力做功和補償制動導(dǎo)致的動能損失。通過理論分析驗證了提高區(qū)間運行速度均衡性和避免不必要制動是列車節(jié)能運行的關(guān)鍵。根據(jù)仿真得出，合理的控制列車

3、區(qū)間運行速度上下限，可在運行時分不變的情況下節(jié)約行車能耗6.8％；通過避免不必要制動和增加停站制動前的惰行距離，可在運行時分增加0.5％的情況下使列車運行能耗降低9％。
　　 2.從模糊推理和預(yù)測控制相結(jié)合的角度，構(gòu)建了面向區(qū)間運行的列車節(jié)能操縱模糊預(yù)測模型。在考慮運行安全、防止縱向沖動和機車操縱規(guī)范等實際約束的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于當(dāng)前運行速度、目標速度和加算坡道的模糊控制規(guī)則，構(gòu)造了模糊規(guī)則后件在滾動時域內(nèi)的行車能耗和運行延誤評

4、價函數(shù)，提出了列車節(jié)能操縱滾動在線優(yōu)化算法。算例分析表明，模糊預(yù)測控制算法具有較好的靈活性，能適應(yīng)不同的運行線路環(huán)境。在長大上坡道前，該算法通過提高機車手柄，使列車以較高的運行速度完成動能闖坡，保證運行速度的均衡性；在長大下坡道和低限速區(qū)段前，通過及時降低機車手柄，能有效避免調(diào)速制動減少動能損失。
　　 3.分析了列車制動過程及操縱要求，指出調(diào)速制動的關(guān)鍵是合理地選擇制動初始點和緩解點，即在同時滿足最低緩解速度約束和避免二次調(diào)速

5、制動的前提下盡可能減少列車動能損失。探討了空氣制動方式的控制變量及其約束條件，構(gòu)建了停車制動雙層模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，第一層子網(wǎng)通過樣本訓(xùn)練計算基于制動初速和制動距離的初始控制變量，第二層子網(wǎng)考慮加算坡道和牽引計算誤差對制動距離的影響，對初始控制變量進行模糊修正，最后采用四點信息三段制動的方法通過追加減壓控制提高停車精度。算例結(jié)果表明，雙層模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法能在保證列車運行安全、平穩(wěn)和滿足操縱實際約束的前提下，實現(xiàn)貨物列車的一次停車制動，

6、可改進現(xiàn)有的二次制動進站停車控制方法，有利于降低行車能耗。
　　 4.研究了列車節(jié)能操縱實時指導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計方法和實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)。在變步長計算的基礎(chǔ)上，通過采樣反饋減少牽引計算誤差對指導(dǎo)系統(tǒng)計算效果的影響。采用串口通信的方式實現(xiàn)了列車動態(tài)運行信息的共享，分析了屏蔽通信數(shù)據(jù)噪音的方法，提出了列車運行公里標突變的辨識和換算方法，實現(xiàn)了多條運行線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的銜接與融合。
　　 5.根據(jù)我國鐵路運輸特點，研制了可用于車載的內(nèi)燃牽引貨