面向節(jié)能的高速列車速度自動控制優(yōu)化方法研究.pdf

1、作為最具可持續(xù)性的交通運(yùn)輸模式，軌道交通是國民經(jīng)濟(jì)大動脈、大眾化交通工具和現(xiàn)代城市運(yùn)行的骨架，是國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、民生改善和國家安全起著不可替代的全局性支撐作用。高速鐵路也以其快捷、便利、舒適等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為民眾出行的首要選擇之一。盡管相比于公路、水路及航空等傳統(tǒng)運(yùn)輸方式，高速鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)境效益更好，然而隨著我國經(jīng)濟(jì)和城市化發(fā)展步伐的加快，鐵路電氣化牽引負(fù)荷作為為數(shù)不多的直接接入高壓電網(wǎng)的大宗用戶之一，

2、仍然是我國能源消耗相對較大的部門單位之一。隨著全球能源問題的日益凸顯，鐵路系統(tǒng)帶來的能源消耗將逐漸成為制約其實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。列車速度自動控制技術(shù)可以有效提高列車運(yùn)營效率，并在保證運(yùn)行安全、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適的條件下對運(yùn)行能耗進(jìn)行優(yōu)化，因此成為高速列車運(yùn)行控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問題之一。
　　本文立足于高速列車實(shí)際運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)，對包含不確定參數(shù)特征的列車動力學(xué)模型及相應(yīng)的運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)策略進(jìn)行研究，建立一種能夠同時(shí)滿足高速列車運(yùn)行速度軌

3、跡在線規(guī)劃與跟蹤控制的運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)及動力學(xué)模型更新策略，在此基礎(chǔ)上形成高速列車速度一體化節(jié)能控制系統(tǒng)模型，并進(jìn)一步將單車一體化速度自動控制模型拓展至多車追蹤運(yùn)行控制層面，研究多列車的節(jié)能追蹤運(yùn)行控制協(xié)同優(yōu)化方法?；谡撐牡难芯抗ぷ鳎饕〉昧艘韵聞?chuàng)新成果：
　　(1)提出了面向速度自動控制應(yīng)用的高速列車運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)算法，利用Hammerstein模型對具有非仿射特性、內(nèi)外部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多質(zhì)點(diǎn)高速動車組運(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行描述，結(jié)合聯(lián)邦濾波

4、器思想建立了可為高速列車運(yùn)行速度軌跡在線規(guī)劃與跟蹤控制提供層次化狀態(tài)預(yù)測模型的運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)框架，解決了傳統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)策略難以有效應(yīng)用于列車速度自動控制的問題。
　　(2)提出了基于狀態(tài)預(yù)測的高速列車運(yùn)行速度軌跡在線滾動規(guī)劃算法，利用列車運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)策略對單質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)預(yù)測模型進(jìn)行更新并應(yīng)用于在線滾動規(guī)劃過程中，同時(shí)基于列車實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)建立了在線規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)權(quán)值的動態(tài)分配機(jī)制，充分利用冗余運(yùn)行時(shí)間降低運(yùn)行能耗，進(jìn)一步提高了列車運(yùn)行速度

5、軌跡規(guī)劃的靈活性與節(jié)能水平，解決了離線運(yùn)行速度軌跡規(guī)劃方式無法完全適應(yīng)外部動態(tài)環(huán)境變化的問題。
　　(3)提出了基于混合動力學(xué)模型的列車速度一體化節(jié)能控制算法，突破傳統(tǒng)研究方式中將運(yùn)行速度軌跡規(guī)劃與跟蹤控制相互獨(dú)立的問題，通過列車運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)策略分別對運(yùn)行速度軌跡規(guī)劃層的單質(zhì)點(diǎn)模型與跟蹤層的多質(zhì)點(diǎn)模型進(jìn)行同步動態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行速度軌跡在線規(guī)劃與跟蹤控制過程的耦合，解決了離線規(guī)劃方式中因模型參數(shù)與實(shí)際跟蹤控制過程不一致導(dǎo)致規(guī)劃目標(biāo)

6、難以實(shí)現(xiàn)的問題，進(jìn)一步提高了高速列車運(yùn)行節(jié)能控制水平。
　　(4)提出了多列車速度自動控制的分布式追蹤運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化算法，將論文所提出的速度一體化自動控制模型拓展至多列車追蹤運(yùn)行速度控制，利用有向無環(huán)圖描述列車追蹤運(yùn)行過程中的速度控制策略模型，并將位置估計(jì)的不確定性納入列車速度控制模型中，基于部分可觀馬爾科夫決策理論建立了多列車速度自動控制分布式追蹤運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)流程，有效降低了多列車的總體運(yùn)行能耗。