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基于速度曲线优化的列车牵引节能优化研究
| 论文题名： | 基于速度曲线优化的列车牵引节能优化研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;牵引能耗;节能优化;速度曲线;遗传算法;参数辨识 |
| 摘要： | 城市轨道交通凭借着安全、高效、准时、快速等特点，在城市交通中承担了大量客流，方便了人们的出行。但城市轨道交通运行时需要消耗巨额的能源，造成了高昂的运营成本，也制约了城市轨道交通的发展。如何合理减少城市轨道交通运营过程中的能耗成为了一个迫切需要解决的问题。 本文针对单列车在单区间和多区间内的运行情况，使用改进的遗传算法优化列车的速度曲线，减少列车在区间内的牵引能耗。同时，对因列车基本阻力参数变化而导致速度曲线产生偏差的情况进行了讨论分析，并提出了相应的校正方案。具体研究内容如下： （1）分析列车在区间内运行时的工况与受力情况，构建列车动力学模型。在此基础上，分析了列车在区间内的运行能耗，指出减少列车牵引能耗能够有效减少列车运行能耗，给出了计算列车牵引能耗的递推式，并进一步分析了列车基本阻力参数变化对列车牵引能耗的影响。 （2）使用极大值原理，以列车牵引能耗最小为目标，确定了列车“最大牵引—巡航—惰行—最大制动”的最优控制策略。在此基础上建立了单列车单区间定时节能优化模型，利用改进的遗传算法得到了优化的列车单区间速度曲线。在单区间节能优化的基础上，从列车牵引能耗与区间运行时间的角度简化了多区间节能优化问题，转化为线路冗余时间的分配问题，构建了单列车多区间定时节能优化模型，利用改进的遗传算法得到了优化后的区间运行时间和列车各区间的速度曲线。 （3）当列车基本阻力参数因外界因素发生变化时，列车基本阻力参数需要重新辨识，并校正列车速度曲线。基于列车自动驾驶系统（ATO）惰行控制策略和参数辨识理论，在对比分析最小二乘法和改进遗传算法进行参数辨识结果基础上，提出了列车基本阻力参数变化时的列车速度曲线校正方案。 （4）最后利用某城市地铁的列车数据和线路参数，对列车单区间和多区间定时节能优化模型以及速度曲线校正方案进行了仿真分析。仿真结果表明，列车单区间定时节能优化方案相比原方案减少了8.18%的牵引能耗，多区间定时节能优化方案相比原方案减少了17.6%的牵引能耗，校正方案中一次牵引/制动方案的牵引能耗更低，且更符合城市轨道交通运营需求。 |
| 作者： | 张珏 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 陈新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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