城市軌道交通牽引策略研究.pdf

1、城市軌道交通系統(tǒng)是現(xiàn)在很多人口密集城市的主要交通手段，許多先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于這一系統(tǒng)以提高服務(wù)品質(zhì)和節(jié)約能源消耗。本文以城市軌道交通列車牽引策略研究為背景，通過總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者的研究經(jīng)驗(yàn)，開展了結(jié)合列車牽引仿真、優(yōu)化算法設(shè)計(jì)、列車牽引特性研究等在內(nèi)的牽引策略優(yōu)化的綜合研究。在提出基于動(dòng)力學(xué)和MATLAB仿真軟件方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，建立了牽引策略優(yōu)化系統(tǒng)仿真平臺(tái)，并系統(tǒng)地完成了牽引策略優(yōu)化算法仿真研究和列車牽引特性影響因素研究。研究的主要目

2、標(biāo)是在一定目標(biāo)條件限制下，探索單列車牽引策略優(yōu)化的有效方法和途徑，及得到線路基本技術(shù)參數(shù)對列車牽引特性設(shè)計(jì)的約束關(guān)系。論文主要研究內(nèi)容概括為以下幾個(gè)方面：
　　 1)基于MATLAB的列車牽引運(yùn)行優(yōu)化仿真系統(tǒng)構(gòu)建在詳細(xì)研究牽引計(jì)算理論、單列車牽引運(yùn)行的能耗理論、列車運(yùn)動(dòng)學(xué)、列車牽引運(yùn)行優(yōu)化理論與經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對城市軌道交通列車特點(diǎn)，構(gòu)造了基于列車運(yùn)行動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)的單列車牽引仿真模型。采用MATLAB軟件編制了用戶

3、圖形界面，建立了基于MATLAB的列車牽引運(yùn)行動(dòng)態(tài)Simulink模型。在研究確定列車牽引策略優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程的基礎(chǔ)上，建立了包括Simulink動(dòng)力學(xué)列車運(yùn)行仿真模型、優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)和參數(shù)輸入輸出接口設(shè)計(jì)在內(nèi)的牽引策略優(yōu)化系統(tǒng)。這一優(yōu)化仿真系統(tǒng)為城市軌道交通列車牽引策略優(yōu)化算法的實(shí)用性驗(yàn)證提供了平臺(tái)。
　　 2)牽引策略研究及其優(yōu)化算法設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)通過對城市軌道交通列車區(qū)間運(yùn)行特點(diǎn)分析，總結(jié)了最快牽引策略、節(jié)能牽引策略、定時(shí)牽引策

4、略的特點(diǎn)并進(jìn)行了實(shí)用性分析，詳細(xì)探討了各種牽引策略的適用范圍及特征。為編制牽引策略優(yōu)化系統(tǒng)軟件以及優(yōu)化算法的仿真研究奠定了理論基礎(chǔ)。針對列車區(qū)間牽引策略尋優(yōu)算法研究，提出啟發(fā)式尋優(yōu)方法，探索惰行點(diǎn)的位置，尋求符合設(shè)定目標(biāo)要求的優(yōu)化的列車區(qū)間牽引方案。詳細(xì)分析了幾種算法的約束條件，流程設(shè)計(jì)、尋解空間、優(yōu)化目標(biāo)等，編制了算法實(shí)現(xiàn)軟件，并采取有效方式將優(yōu)化算法程序模塊和列車牽引運(yùn)行仿真系統(tǒng)進(jìn)行銜接，實(shí)現(xiàn)了尋優(yōu)過程的自動(dòng)完成。
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5、)牽引策略優(yōu)化算法仿真研究在確定仿真試驗(yàn)列車參數(shù)的基礎(chǔ)上，針對牽引優(yōu)化的單惰行點(diǎn)和多情行點(diǎn)搜索問題進(jìn)行了算法仿真研究，進(jìn)行了基于黃金分割法、斐波那契數(shù)列法的單點(diǎn)惰行搜索和基于單純形算法的多惰行點(diǎn)搜索，檢驗(yàn)相應(yīng)的運(yùn)行效果。這項(xiàng)研究用來討論在考慮相應(yīng)的限制因素的前提下，適用于區(qū)間列車運(yùn)行軌跡設(shè)計(jì)特點(diǎn)和站內(nèi)距離的適合的算法。通過仿真研究，驗(yàn)證、調(diào)試了算法的有效性和性能表現(xiàn)。
　　 4)列車牽引特性研究在討論城市軌道交通列車牽引特性概念

6、、類型及基本特點(diǎn)基礎(chǔ)上，針對城市軌道交通線路設(shè)計(jì)之初，如何根據(jù)線路提出的基本技術(shù)參數(shù)約束條件進(jìn)行線路列車基本牽引特性設(shè)計(jì)，創(chuàng)新性引入了計(jì)算牽引力概念，通過功率計(jì)算方法推算出了列車牽引加速度基本要求與牽引特性曲線中轉(zhuǎn)換點(diǎn)之間的約束關(guān)系，由此得出區(qū)間范圍設(shè)置的最小值。探索列車不同運(yùn)營條件對牽引特性設(shè)計(jì)的要求，并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。為線路基本參數(shù)的設(shè)計(jì)制定及車輛和電機(jī)設(shè)計(jì)選型等提供依據(jù)和參考。
　　 本文針對城市軌道交通系統(tǒng)自身運(yùn)行特點(diǎn)和

7、列車區(qū)間牽引策略優(yōu)化，結(jié)合牽引運(yùn)行仿真系統(tǒng)及牽引策略優(yōu)化算法開發(fā)實(shí)踐，綜合研究了不同牽引模式，惰行優(yōu)化的尋優(yōu)算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以及列車牽引特性相關(guān)影響因素及設(shè)計(jì)約束條件等知識(shí)。
　　 城市軌道交通牽引特性研究與牽引策略優(yōu)化算法研究都與列車牽引控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)系密切。因此，研究列車牽引特性設(shè)計(jì)的影響因素和約束條件，為線路部分基本參數(shù)的制定及車輛和電機(jī)設(shè)計(jì)選型等提供依據(jù)和參考；以及進(jìn)行列車牽引策略和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化牽引的算法研究，并采用現(xiàn)代試驗(yàn)