城轨列车PID控制智能算法研究

发布时间：2020-05-08 16:06

【摘要】：近年来,我国城市轨道交通系统的快速发展使交通拥挤、环境污染、交通能耗过大等城市发展的重要问题得到了极大的改善。随着国内城市轨道交通的运输需求不断增长,城市轨道交通系统也迎来了更高效、更安全、更准时的要求。而目前城轨列车的运行控制系统还是以传统PID控制器为主,存在着依据经验值确定参数、控制器参数相对固定不能实时调整的问题,这样不仅导致人力物力的大量消耗,又使列车运行控制器难以应对外界条件的变化。因此,对PID控制器参数自适应调整的探究是十分必要的。针对上述问题,结合城市轨道交通系统中具体应用需求,本文给出了ATO系统中PID控制器参数实时自整定的方案。本文基于列车实际运行数据,结合列车控制指令的特点,提出更精确的列车动力学模型作为PID控制器的受控对象。该动力学模型包含惰行阶段、启动阶段、复牵阶段、牵引中断阶段、制动阶段五个列车运行阶段,同时给出16个相应的模型参数可根据站间数据进行拟合。为了达到PID控制器参数实时精确拟合的效果,本文提出了具有融合机制的双子群果蝇优化算法,该算法在种群划分和种群融合两方面进行了改进,在运行时间变化不大的同时极大改善了算法的寻优精度。通过与其他群体智能算法进行仿真对比,该算法在稳定性、运行时间和寻优精度上具有极大优势。因此,本文以北京地铁亦庄线为例,应用该算法对PID控制器及列车动力学模型参数进行精确拟合。本文根据PID控制器参数拟合的应用流程开发了相应的仿真软件,该仿真软件提供了列车动力学模型参数拟合功能与PID控制器参数拟合功能,并为用户提供了友好方便的软件界面。本文应用该软件,对北京地铁亦庄线隧道内外和不同天气下的站间运行数据进行了仿真对比,验证了外界条件的改变对PID控制器参数的影响,证明了该算法具有良好的收敛精度、稳定性和自适应性,也进一步证明了该方案对城轨列车PID控制器的参数调整有着较高的应用价值。
【图文】：

示意图,坡道阻力,示意图,列车

北京交通大学硕士专业学位论文列车在实际的行驶过程中，经过的轨道不总是平直的。当列车行驶在倾上时，就要考虑列车所受的坡道阻力。逡逑坡道阻力，，顾名思义，是由具有坡度的轨道对列车行驶产生的一种运行阻力由列车本身重力产生的分量组成。当线路的倾斜角为正即轨道向上列车受到与运行速度方向相反的坡道阻力；当线路的倾斜角为负即轨道时，列车受到与运行速度方向相同的坡道阻力。其受力示意图如下图所

示意图,牵引特性曲线,示意图,列车

于列车固有特性，不同线路、不同型号、不同载重的车辆制动特性曲线也是不同逡逑的。列车制动特性曲线描述的即是列车在当前时刻速度下所能输出的最大制动力逡逑或最大制动加速度。以亦庄线列车为例，其制动特性曲线示意图如图２－３所示。逡逑制Ａ逡逑动“逡逑加逡逑速逡逑度邋逦＼逡逑Ｉ逦１逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦！逡逑逦逦￣？逡逑０逦ｖ0逦列车运行速度Ｖ逡逑图２－３亦庄线制动特性曲线示意图逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂｒａｋｉｎｇ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋Ｙｉｚｈｕａｎｇ邋ｌｉｎｅ逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273.5;U284.48

【参考文献】