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原文传递货运列车控制策略仿真分析研究

论文题名：	货运列车控制策略仿真分析研究
关键词：	货运列车;速度曲线;控制策略;动力学模型
摘要：	近年来，随着交通运输的快速发展，货运列车节能优化控制技术得到了广泛的关注。货运列车节能优化一般从两个方面来进行研究:一个是货运列车的最优节能速度曲线的优化，另外一个是列车运行速度曲线跟踪的控制算法。本文主要是探索和研究适合于列车速度曲线跟踪的控制算法，基于货运列车的动力学模型，在MATLAB仿真环境中对比研究了模糊控制和比例积分微分(PID)控制、动态矩阵预测控制与比例积分(PI)控制在货运列车自动驾驶系统(ATO)中的应用。仿真分析和研究结果表明，与PID控制相比较，模糊控制具有更好的跟踪性能、鲁棒性和节能效果;与PI控制相比较，动态矩阵预测控制算法在不同列车运行情况下，在速度曲线的跟踪、抗外界不确定干扰方面具有明显的优势，更重要的是预测控制可以节省更多的能量。本文的主要贡献在于将预测控制引入到了货运列车速度曲线的跟踪控制，其控制性能和节能效果远远优于PI控制策略。　　论文的主要内容如下: 　　首先，分析了HXD3型交流传动电力机车的运行控制过程、数学模型与能耗模型，为列车速度跟踪控制器的设计奠定基础。　　其次，基于模糊理论和技术设计了列车速度跟踪模糊控制器，利用Matlab仿真软件对模糊控制器和PID控制器在列车不同运行工况下的控制性能进行了详细的仿真研究。　　再次，为克服PID控制和模糊控制对于列车时间滞后以及无法有效利用坡道和跟踪曲线等已知信息的缺点，将预测控制算法引入到了列车的速度跟踪问题。并针对在普通坡道、阻力随机、起伏坡道等不同工况下，对动态矩阵预测控制算法与PI控制算法在货运列车速度曲线的跟踪应用进行了详细的对比仿真研究。　　最后，研究了在时间约束、限速约束等条件下，陡坡、混合陡坡等列车特殊工况区段的最优运行速度曲线的仿真优化，并研究了预测控制在该种特殊工况下的速度跟踪性能和节能效果。
作者：	程茗
专业：	智能交通工程
导师：	魏秀琨
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