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原文传递城市轨道交通牵引策略研究

论文题名：	城市轨道交通牵引策略研究
关键词：	城市轨道交通;列车牵引策略;Simulink动力学;优化算法;MATLAB仿真
摘要：	城市轨道交通系统是现在很多人口密集城市的主要交通手段，许多先进技术已经被应用于这一系统以提高服务品质和节约能源消耗。本文以城市轨道交通列车牵引策略研究为背景，通过总结国内外学者的研究经验，开展了结合列车牵引仿真、优化算法设计、列车牵引特性研究等在内的牵引策略优化的综合研究。在提出基于动力学和MATLAB仿真软件方案设计的基础上，建立了牵引策略优化系统仿真平台，并系统地完成了牵引策略优化算法仿真研究和列车牵引特性影响因素研究。研究的主要目标是在一定目标条件限制下，探索单列车牵引策略优化的有效方法和途径，及得到线路基本技术参数对列车牵引特性设计的约束关系。论文主要研究内容概括为以下几个方面：　　 1)基于MATLAB的列车牵引运行优化仿真系统构建在详细研究牵引计算理论、单列车牵引运行的能耗理论、列车运动学、列车牵引运行优化理论与经验及计算机仿真技术的基础上，针对城市轨道交通列车特点，构造了基于列车运行动力学基础的单列车牵引仿真模型。采用MATLAB软件编制了用户图形界面，建立了基于MATLAB的列车牵引运行动态Simulink模型。在研究确定列车牵引策略优化系统实现流程的基础上，建立了包括Simulink动力学列车运行仿真模型、优化算法实现和参数输入输出接口设计在内的牵引策略优化系统。这一优化仿真系统为城市轨道交通列车牵引策略优化算法的实用性验证提供了平台。　　 2)牵引策略研究及其优化算法设计及实现通过对城市轨道交通列车区间运行特点分析，总结了最快牵引策略、节能牵引策略、定时牵引策略的特点并进行了实用性分析，详细探讨了各种牵引策略的适用范围及特征。为编制牵引策略优化系统软件以及优化算法的仿真研究奠定了理论基础。针对列车区间牵引策略寻优算法研究，提出启发式寻优方法，探索惰行点的位置，寻求符合设定目标要求的优化的列车区间牵引方案。详细分析了几种算法的约束条件，流程设计、寻解空间、优化目标等，编制了算法实现软件，并采取有效方式将优化算法程序模块和列车牵引运行仿真系统进行衔接，实现了寻优过程的自动完成。　　 3)牵引策略优化算法仿真研究在确定仿真试验列车参数的基础上，针对牵引优化的单惰行点和多情行点搜索问题进行了算法仿真研究，进行了基于黄金分割法、斐波那契数列法的单点惰行搜索和基于单纯形算法的多惰行点搜索，检验相应的运行效果。这项研究用来讨论在考虑相应的限制因素的前提下，适用于区间列车运行轨迹设计特点和站内距离的适合的算法。通过仿真研究，验证、调试了算法的有效性和性能表现。　　 4)列车牵引特性研究在讨论城市轨道交通列车牵引特性概念、类型及基本特点基础上，针对城市轨道交通线路设计之初，如何根据线路提出的基本技术参数约束条件进行线路列车基本牵引特性设计，创新性引入了计算牵引力概念，通过功率计算方法推算出了列车牵引加速度基本要求与牵引特性曲线中转换点之间的约束关系，由此得出区间范围设置的最小值。探索列车不同运营条件对牵引特性设计的要求，并进行了实例计算。为线路基本参数的设计制定及车辆和电机设计选型等提供依据和参考。　　本文针对城市轨道交通系统自身运行特点和列车区间牵引策略优化，结合牵引运行仿真系统及牵引策略优化算法开发实践，综合研究了不同牵引模式，惰行优化的寻优算法设计与实现，以及列车牵引特性相关影响因素及设计约束条件等知识。　　城市轨道交通牵引特性研究与牵引策略优化算法研究都与列车牵引控制系统设计关系密切。因此，研究列车牵引特性设计的影响因素和约束条件，为线路部分基本参数的制定及车辆和电机设计选型等提供依据和参考；以及进行列车牵引策略和实现优化牵引的算法研究，并采用现代试验方法对其进行验证，为牵引控制系统开发提供借鉴和支持，是本文的主要研究内容。
作者：	赵亚辉
专业：	交通运输工程;载运工具运用工程
导师：	刘友梅;谢维达
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文