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基于博弈论的CBTC列车优化控制方法研究
| 论文题名： | 基于博弈论的CBTC列车优化控制方法研究 |
| 关键词： | 列车控制系统;车地通信;无线局域网;优化控制;博弈论 |
| 摘要： | 基于通信的列车控制(Communication Based Train Control，CBTC)系统通过车地通信实现列车和地面大容量、连续及双向的信息交互，实现了精确的闭环控制。CBTC中的车地通信是基于无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)。WLAN存在时延和丢包等车地通信传输差错，会造成控制信息的延迟或丢失，导致列车控制策略变化，引起不必要的制动与牵引，对CBTC系统的性能产生不利影响。 本文主要研究CBTC车地通信传输差错下，多列车的优化控制问题。将CBTC多列车控制系统等效为网络控制系统(Network Control System，NCS)，采用博弈论(Game Theory)方法对多列车决策过程建模，提出了多列车博弈优化控制方法，减小了列车追踪间隔误差和运行速度误差，降低了系统能耗，达到了优化CBTC系统性能的目标。 论文具体研究内容如下: 1)研究WLAN的链路层协议和网络控制系统与博弈论方法。分析了CBTC车地无线通信的时延和丢包，分析了网络控制系统与博弈论应用于CBTC多列车追踪控制的可行性。 2)研究基于网络控制系统的车地通信与列车控制一体化设计方法。将CBTC多列车控制系统等效为NCS，通过车地通信传输差错下的CBTC多列车NCS模型，定量描述了车地通信与列车控制的关系。 3)采用博弈论对CBTC多列车决策问题进行建模与优化。分析了CBTC多列车决策的博弈类型，定义了多列车博弈中的参与者，策略集和收益函数，分析了多列车博弈的求解过程，提出了考虑车地通信的多列车博弈优化控制方法，减小了列车追踪间隔误差和运行速度误差，降低了系统能耗。 4)仿真验证多列车博弈优化控制方法的性能优化效果。确定仿真参数，设计多列车博弈的算法。通过仿真结果与数据，比较了现有的CBTC控制方法与本文提出的优化控制方法两者的效果，验证了优化控制方法的性能优化效果。 结果表明，与现有的CBTC控制方法相比，采用本文提出的优化控制方法，当丢包率为0.01，追踪间隔误差能够优化27.47％，运行速度误差能够优化47.65％，能够节能6.34％;当丢包率为0.1，追踪间隔误差能够优化5.64％，运行速度误差能够优化20.79％，能够节能12.35％。 |
| 作者： | 陈宇坤 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 步兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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