基于文化基因算法的城轨列车速度曲线优化及预测跟踪控制
发布时间：2022-01-13 08:59
城轨列车具有载客量大、舒适性好、安全性高等优点,现已成为轨道交通领域中的重点发展对象之一。现阶段,在世界各地,城轨列车已经逐渐从手动驾驶模式过渡到自动驾驶模式。因此,列车自动运行（Automatic Train Operation,ATO）系统因其快速性、准时性、安全性等优势,得到了极其快速的发展。本文针对城市轨道列车ATO系统中的速度曲线优化及跟踪控制方面进行了深入研究,主要内容如下:（1）以节能性、舒适性、停车准确性和准时性为优化指标,建立城轨列车运行的多目标优化模型,并采用一种基于熵的线性组合赋权法来确定各个指标的权重系数,同时采用文化基因算法（Memetic algorithm,MA）对列车的优化模型进行优化。MA算法的全局搜索策略采用遗传算法（Genetic algorithm,GA）,局部搜索策略采用爬山算法（Hill Climbing,HC）。（2）对MA算法进行了改进,引入了定向变异、基因修正、融合距离、反向学习的思想,这不仅提高了MA算法的收敛速度和寻优能力,而且寻优得到的目标速度曲线在各个性能指标上都得到了一定程度的改善。（3）采用动态矩阵控制（Dynamic Ma...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＡＴＯ系统??Ｆｉｇ．?１．１?ＡＴＯ?ｓｙｓｔｅｍ??
、所处的运行??环境等多重因素的影响。因此在列车运行过程中不仅要考虑安全性这一方面，而且还要??考虑列车的节能性、舒适性、停车准确性、准时性等性能指标。??２．１列车运行过程的受力分析??在对列车进行受力分析前，首先将列车视为一个整体，不考虑车厢与车厢之间力的??作用。列车在运行过程受力情况非常复杂，不仅会受到纵向力，还会受到例如钢轨与车??轮之间相互碰撞而产生的横向力。对于列车优化模型研究，一般情况下只考虑列车所受??的纵向力，其主要包括列车的牵引力、制动力、运行阻力［３５１，如图２．１所示。??图２．１城市轨道列车的受力分析??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｒｂａｎ?ｒａｉｌ?ｔｒａｉｎ??在图２．１中，城市轨道列车牵引力Ｆ主要为列车提供运行时的牵引动力；制动力Ｓ??的方向与列车的运行方向相反，它不仅可以使列车减速或者停止，而且还可以使列车在??下坡时维持匀速状态；运行阻力阻碍列车运行，包括基本阻力％和附加阻力％。??２．１．１牵引力和制动力??列车所受的牵引力主要来自于其编组中动车的传送装置，牵引电动机会将输出转矩??经由传送装置传递给动轮，动轮与车轨之间就会产生力的作用，车轨对车轮会产生一个??与列车运行方向相同的反作用力，即列车所受到的牵引力。现阶段，城市轨道列车的牵??引系统一般采用无级变速控制方式，牵引力可以通过列车的手柄级位来调节。如图２．２??所示，厂商会对生产的列车提供一条牵引特性曲线，这条曲线反应了牵引力与列午－速度??之间的关系，且每个采样点的牵引力都有－个列车速度４之对应。??６??
车辆的牵引力特性曲线??３００Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１?．Ｉ?Ｉ?Ｉ??２７０?？?＾??２４０?■?＼??，°．?ｉ?＼??２?１８０－?丨?Ｉ?＼?－??｜?！＼?？??＾?｜２０－?！?！?＼?？??９０－?Ｉ．?Ｉ?－??Ｉ??６０?？?Ｉ?１?－??３０?■?Ｉ?Ｉ?－???｜?｜?￡?ｔ?ｉ?Ｊ?１?｜?（?｜????０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０??车辆瞬吋速度（ｋｍ／ｈ）??图２．２城市轨道列车的牵引力特性曲线??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｔｒａｃｔｉｖｅ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｒｂａｎ?ｒａｉｌ?ｔｒａｉｎ??在图２．２中，城市轨道列车的牵引特性曲线可分为三个区域：恒力矩区、恒功率区，??降功率区。??在恒力矩区，城市轨道列车牵引力最大且保持不变，此时牵引功率与速度成正比，??这段区域的持续时间也比较长。??ｎｖ）?＝?Ｆｍｍ?（２．１）??式中，Ｆ（ｖ）表示列车的瞬时牵引力；Ｖ表示列车的瞬时速度；／＝；＿表示列车的最大??牵引力。??在恒功率区，城市轨道列车的牵引功率最大且恒定，列车的牵引力与列车的瞬时速??度成反比。??Ｆ｛ｖ）?＝?Ｐ＾／ｖ?（２．２）??式中，ｆ１ｉａｘ是列车的最大牵引功率。??在降功率区，列车的牵引力与瞬时速度平方值成反比。??／７（ｖ）＝＾ｍａｘＸＶｒｆ／２?（２．３）??式中，表示恒功率区与降功率区之间的切换速度；表示恒力矩区与恒功率区之??间的切换速度。??为方便获取各个速度点的牵引力，可将上述三个区域曲线拟合成一个函数，详细过
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊自适应PID控制的ATO系统控制算法[J]. 刘浩,钱存元,施招东. 城市轨道交通研究. 2017(03)
[2]动态矩阵控制在优化控制站中的应用[J]. 许浩,董泽,黎邦腾. 国网技术学院学报. 2017(01)
[3]基于融合距离法的柴油机故障诊断方法[J]. 刘罡,王兴成,杨昺崧. 大连海事大学学报. 2017(01)
[4]基于遗传算法的高速列车ATO追溯目标曲线优化[J]. 孟建军,银铭,祁文哲,王安明,胥如迅. 计算机工程与应用. 2016(21)
[5]基于模糊广义预测控制算法的ATO系统仿真研究[J]. 顾桂梅,蒲松芝. 城市轨道交通研究. 2014(01)
[6]一种引入停止机制的改进爬山算法[J]. 张小莲,李群,殷明慧,叶星,邹云. 中国电机工程学报. 2012(14)
[7]基于线性加权和法的大坝风险后果综合评价模型[J]. 孙玮玮,李雷. 中国农村水利水电. 2011(07)
[8]基于最大熵原理的线性组合赋权方法[J]. 姜昱汐,迟国泰,严丽俊. 运筹与管理. 2011(01)
[9]地铁列车节能运行的两阶段优化模型算法研究[J]. 丁勇,刘海东,栢赟,周方明. 交通运输系统工程与信息. 2011(01)
[10]基于模糊PID软切换控制的列车自动驾驶系统调速制动[J]. 董海荣,高冰,宁滨,张严心. 控制与决策. 2010(05)
博士论文
[1]列车节能优化操纵理论及应用研究[D]. 张勇.北京交通大学 2017
[2]多目标列车运行过程优化及控制策略研究[D]. 余进.西南交通大学 2009
硕士论文
[1]基于差分进化算法的城轨列车速度曲线优化及跟踪控制[D]. 张仲方.北京交通大学 2019
[2]城轨列车运行曲线优化及滑模跟踪控制[D]. 王正超.北京交通大学 2019
[3]基于多目标的城市轨道交通ATO控制策略优化设计及仿真[D]. 卫东.北京交通大学 2019
[4]列车节能运行优化的改进遗传算法研究[D]. 纪云霞.西南交通大学 2018
[5]基于模糊自适应控制的城轨列车牵引控制策略研究与仿真[D]. 王花.兰州交通大学 2018
[6]城轨列车自动驾驶多目标牵引控制算法研究与仿真[D]. 裴明高.兰州交通大学 2016
[7]城市轨道交通列车节能运行及时刻表优化研究[D]. 赵页.北京交通大学 2016
[8]群智能算法在列车运行速度曲线节能优化中的研究[D]. 李卓玥.北京交通大学 2016
[9]基于模糊预测控制的列车自动驾驶系统研究[D]. 康太平.西南交通大学 2006
本文编号：3586123
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＡＴＯ系统??Ｆｉｇ．?１．１?ＡＴＯ?ｓｙｓｔｅｍ??
、所处的运行??环境等多重因素的影响。因此在列车运行过程中不仅要考虑安全性这一方面，而且还要??考虑列车的节能性、舒适性、停车准确性、准时性等性能指标。??２．１列车运行过程的受力分析??在对列车进行受力分析前，首先将列车视为一个整体，不考虑车厢与车厢之间力的??作用。列车在运行过程受力情况非常复杂，不仅会受到纵向力，还会受到例如钢轨与车??轮之间相互碰撞而产生的横向力。对于列车优化模型研究，一般情况下只考虑列车所受??的纵向力，其主要包括列车的牵引力、制动力、运行阻力［３５１，如图２．１所示。??图２．１城市轨道列车的受力分析??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｒｂａｎ?ｒａｉｌ?ｔｒａｉｎ??在图２．１中，城市轨道列车牵引力Ｆ主要为列车提供运行时的牵引动力；制动力Ｓ??的方向与列车的运行方向相反，它不仅可以使列车减速或者停止，而且还可以使列车在??下坡时维持匀速状态；运行阻力阻碍列车运行，包括基本阻力％和附加阻力％。??２．１．１牵引力和制动力??列车所受的牵引力主要来自于其编组中动车的传送装置，牵引电动机会将输出转矩??经由传送装置传递给动轮，动轮与车轨之间就会产生力的作用，车轨对车轮会产生一个??与列车运行方向相同的反作用力，即列车所受到的牵引力。现阶段，城市轨道列车的牵??引系统一般采用无级变速控制方式，牵引力可以通过列车的手柄级位来调节。如图２．２??所示，厂商会对生产的列车提供一条牵引特性曲线，这条曲线反应了牵引力与列午－速度??之间的关系，且每个采样点的牵引力都有－个列车速度４之对应。??６??
车辆的牵引力特性曲线??３００Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１?．Ｉ?Ｉ?Ｉ??２７０?？?＾??２４０?■?＼??，°．?ｉ?＼??２?１８０－?丨?Ｉ?＼?－??｜?！＼?？??＾?｜２０－?！?！?＼?？??９０－?Ｉ．?Ｉ?－??Ｉ??６０?？?Ｉ?１?－??３０?■?Ｉ?Ｉ?－???｜?｜?￡?ｔ?ｉ?Ｊ?１?｜?（?｜????０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０??车辆瞬吋速度（ｋｍ／ｈ）??图２．２城市轨道列车的牵引力特性曲线??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｔｒａｃｔｉｖｅ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｒｂａｎ?ｒａｉｌ?ｔｒａｉｎ??在图２．２中，城市轨道列车的牵引特性曲线可分为三个区域：恒力矩区、恒功率区，??降功率区。??在恒力矩区，城市轨道列车牵引力最大且保持不变，此时牵引功率与速度成正比，??这段区域的持续时间也比较长。??ｎｖ）?＝?Ｆｍｍ?（２．１）??式中，Ｆ（ｖ）表示列车的瞬时牵引力；Ｖ表示列车的瞬时速度；／＝；＿表示列车的最大??牵引力。??在恒功率区，城市轨道列车的牵引功率最大且恒定，列车的牵引力与列车的瞬时速??度成反比。??Ｆ｛ｖ）?＝?Ｐ＾／ｖ?（２．２）??式中，ｆ１ｉａｘ是列车的最大牵引功率。??在降功率区，列车的牵引力与瞬时速度平方值成反比。??／７（ｖ）＝＾ｍａｘＸＶｒｆ／２?（２．３）??式中，表示恒功率区与降功率区之间的切换速度；表示恒力矩区与恒功率区之??间的切换速度。??为方便获取各个速度点的牵引力，可将上述三个区域曲线拟合成一个函数，详细过
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊自适应PID控制的ATO系统控制算法[J]. 刘浩,钱存元,施招东. 城市轨道交通研究. 2017(03)
[2]动态矩阵控制在优化控制站中的应用[J]. 许浩,董泽,黎邦腾. 国网技术学院学报. 2017(01)
[3]基于融合距离法的柴油机故障诊断方法[J]. 刘罡,王兴成,杨昺崧. 大连海事大学学报. 2017(01)
[4]基于遗传算法的高速列车ATO追溯目标曲线优化[J]. 孟建军,银铭,祁文哲,王安明,胥如迅. 计算机工程与应用. 2016(21)
[5]基于模糊广义预测控制算法的ATO系统仿真研究[J]. 顾桂梅,蒲松芝. 城市轨道交通研究. 2014(01)
[6]一种引入停止机制的改进爬山算法[J]. 张小莲,李群,殷明慧,叶星,邹云. 中国电机工程学报. 2012(14)
[7]基于线性加权和法的大坝风险后果综合评价模型[J]. 孙玮玮,李雷. 中国农村水利水电. 2011(07)
[8]基于最大熵原理的线性组合赋权方法[J]. 姜昱汐,迟国泰,严丽俊. 运筹与管理. 2011(01)
[9]地铁列车节能运行的两阶段优化模型算法研究[J]. 丁勇,刘海东,栢赟,周方明. 交通运输系统工程与信息. 2011(01)
[10]基于模糊PID软切换控制的列车自动驾驶系统调速制动[J]. 董海荣,高冰,宁滨,张严心. 控制与决策. 2010(05)
博士论文
[1]列车节能优化操纵理论及应用研究[D]. 张勇.北京交通大学 2017
[2]多目标列车运行过程优化及控制策略研究[D]. 余进.西南交通大学 2009
硕士论文
[1]基于差分进化算法的城轨列车速度曲线优化及跟踪控制[D]. 张仲方.北京交通大学 2019
[2]城轨列车运行曲线优化及滑模跟踪控制[D]. 王正超.北京交通大学 2019
[3]基于多目标的城市轨道交通ATO控制策略优化设计及仿真[D]. 卫东.北京交通大学 2019
[4]列车节能运行优化的改进遗传算法研究[D]. 纪云霞.西南交通大学 2018
[5]基于模糊自适应控制的城轨列车牵引控制策略研究与仿真[D]. 王花.兰州交通大学 2018
[6]城轨列车自动驾驶多目标牵引控制算法研究与仿真[D]. 裴明高.兰州交通大学 2016
[7]城市轨道交通列车节能运行及时刻表优化研究[D]. 赵页.北京交通大学 2016
[8]群智能算法在列车运行速度曲线节能优化中的研究[D]. 李卓玥.北京交通大学 2016
[9]基于模糊预测控制的列车自动驾驶系统研究[D]. 康太平.西南交通大学 2006
本文编号：3586123
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