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

1、列車運(yùn)行控制是一個(gè)典型的多目標(biāo)、多約束、非線性的復(fù)雜時(shí)變過(guò)程。在我國(guó)鐵路運(yùn)輸既有條件下，列車運(yùn)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(yùn)輸雖具有單位能耗低的優(yōu)點(diǎn)，但消耗能源總量很大，其中牽引耗能所占比重高達(dá)60％～70％，具有很大的節(jié)能潛力。因此，研究動(dòng)態(tài)運(yùn)行環(huán)境下的列車節(jié)能操縱實(shí)時(shí)優(yōu)化問(wèn)題，可以在安全、正點(diǎn)的前提下實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸節(jié)能減排，為今后研究列車自動(dòng)駕駛奠定理論基礎(chǔ)，具有重要的研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 在借鑒國(guó)內(nèi)

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

3、區(qū)間運(yùn)行速度上下限，可在運(yùn)行時(shí)分不變的情況下節(jié)約行車能耗6.8％；通過(guò)避免不必要制動(dòng)和增加停站制動(dòng)前的惰行距離，可在運(yùn)行時(shí)分增加0.5％的情況下使列車運(yùn)行能耗降低9％。
　　 2.從模糊推理和預(yù)測(cè)控制相結(jié)合的角度，構(gòu)建了面向區(qū)間運(yùn)行的列車節(jié)能操縱模糊預(yù)測(cè)模型。在考慮運(yùn)行安全、防止縱向沖動(dòng)和機(jī)車操縱規(guī)范等實(shí)際約束的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于當(dāng)前運(yùn)行速度、目標(biāo)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(dòng)時(shí)域內(nèi)的行車能耗和運(yùn)行延誤評(píng)

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

5、制動(dòng)的前提下盡可能減少列車動(dòng)能損失。探討了空氣制動(dòng)方式的控制變量及其約束條件，構(gòu)建了停車制動(dòng)雙層模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，第一層子網(wǎng)通過(guò)樣本訓(xùn)練計(jì)算基于制動(dòng)初速和制動(dòng)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(jì)算誤差對(duì)制動(dòng)距離的影響，對(duì)初始控制變量進(jìn)行模糊修正，最后采用四點(diǎn)信息三段制動(dòng)的方法通過(guò)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(yùn)行安全、平穩(wěn)和滿足操縱實(shí)際約束的前提下，實(shí)現(xiàn)貨物列車的一次停車制動(dòng)，

6、可改進(jìn)現(xiàn)有的二次制動(dòng)進(jìn)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(shí)時(shí)指導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)。在變步長(zhǎng)計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過(guò)采樣反饋減少牽引計(jì)算誤差對(duì)指導(dǎo)系統(tǒng)計(jì)算效果的影響。采用串口通信的方式實(shí)現(xiàn)了列車動(dòng)態(tài)運(yùn)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(yùn)行公里標(biāo)突變的辨識(shí)和換算方法，實(shí)現(xiàn)了多條運(yùn)行線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的銜接與融合。
　　 5.根據(jù)我國(guó)鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)，研制了可用于車載的內(nèi)燃牽引貨