發(fā)布時間：2020-03-26 12:13

【摘要】：城市軌道交通以其運輸量大、全天候、安全性高等特點,成為緩解城市交通擁堵、提高交通安全水平的重要方式。但是軌道列車運行耗能巨大,其中牽引能耗占大部分,所以降低城軌列車的牽引耗能已經(jīng)成為維持城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重要問題之一,對列車的運行速度曲線進行節(jié)能優(yōu)化具有實際意義。整個城軌系統(tǒng)比較復(fù)雜,列車運行過程中的影響因素很多,傳統(tǒng)的優(yōu)化算法已無法處理復(fù)雜且包含大量約束因素的尋優(yōu)問題。而進化算法是一種有著高魯棒性、廣泛適應(yīng)性的成熟的全局優(yōu)化算法,能夠有效地解決傳統(tǒng)優(yōu)化算法無法處理的復(fù)雜的尋優(yōu)問題。ATO系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)列車的自動駕駛,提高列車的運行效率,節(jié)省列車的運行能耗。對于ATO系統(tǒng)來說,最重要的就是能夠有效準(zhǔn)確地跟蹤列車的最佳運行速度曲線,所以合理有效的跟蹤控制算法可使列車實現(xiàn)良好的自動運行。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)結(jié)合列車單質(zhì)點動力學(xué)模型和多質(zhì)點動力學(xué)模型各自優(yōu)點研究了一種多質(zhì)點單位移動力學(xué)模型,該模型可更加真實地反映列車運行狀態(tài)及車廂間的相互影響而且結(jié)構(gòu)簡單易分析;設(shè)計了基于固定惰行搜索區(qū)間的節(jié)能操縱策略,在固定區(qū)間搜索惰行切換點,使得算法優(yōu)化搜索更優(yōu)針對性;綜合考慮多項約束指標(biāo)并建立了基于準(zhǔn)時性和舒適度雙懲罰機制的節(jié)能優(yōu)化模型。(2)對標(biāo)準(zhǔn)差分進化算法進行改進,提出了一種基于改進變異策略的協(xié)同差分進化算法(Cooperative Differential Evolution Algorithm Based on Improved Mutation Strategy,簡稱IMSCDE)用于對列車的節(jié)能優(yōu)化模型進行求解,得到最優(yōu)運行速度曲線。該算法在種群結(jié)構(gòu)、變異策略和控制參數(shù)選擇方面均有改進,相對于標(biāo)準(zhǔn)DE算法增強種群個體多樣性,提高了算法的全局搜索能力和收斂速度。(3)根據(jù)城軌列車系統(tǒng)的非線性、不確定性以及外界干擾等特性,采用魯棒自適應(yīng)控制理論設(shè)計了結(jié)構(gòu)簡單、運算量小、具有自適應(yīng)能力的跟蹤控制器并采用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了跟蹤控制器的漸進穩(wěn)定性。本文最后基北京地鐵亦莊線的實際運行線路數(shù)據(jù),利用MATLAB軟件對列車運行速度曲線的優(yōu)化過程和跟蹤控制器的跟蹤過程進行了仿真。仿真結(jié)果驗證了IMSCDE算法及跟蹤控制器分別在運行節(jié)能和跟蹤控制方面的有效性。
【圖文】：

１．３節(jié)能方法綜述逡逑通過上述內(nèi)容可知，國內(nèi)外的學(xué)者在對城軌列車的列車節(jié)能運行速度曲線的逡逑優(yōu)化研究的算法眾多，，大致分為三類，解析法、數(shù)值法和啟發(fā)式算法。圖１－３為優(yōu)逡逑化列車運行速度曲線的常用方法。逡逑＜列車運行速度１逡逑、曲線優(yōu)化方法ｊ逡逑ｉ邋、邐Ｉ邐ｉ邐ｙ逡逑啟發(fā)式算法］邐ｆ邋數(shù)值法邋＾邋［邋ｍＷＡ邋Ｊ邋［其他逡逑＼ｒ邋＼ｒ＿＿邐”邋＼ｔ邋＼ｒ邐＼ｒ邐ｉｆ邋」ｒ逡逑ｆ邐ｉｆｉ邋＊邋Ｓ邐二邐ｆ邐動逡逑其進邐傳蝠撂邐次邐５邐態(tài)逡

優(yōu)化模型進行求解得到最優(yōu)運行速度曲線；基于魯棒自適應(yīng)控制理論設(shè)計了跟蹤逡逑控制器對最佳運行速度曲線進行跟蹤。最后利用ＭＡＴＬＡＢ對速度曲線優(yōu)化過程及逡逑跟蹤過程進行仿真驗證，圖１－４為本論文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖。下面為本論文的各章節(jié)主逡逑要內(nèi)容：逡逑第一章闡述了降低城軌列車運行牽引能耗的必要性及對國內(nèi)外學(xué)者在城軌列逡逑車運行節(jié)能方面的研宄現(xiàn)狀進行介紹，對節(jié)能方法進行了總結(jié)。并根據(jù)我國城市軌逡逑道交通的運營現(xiàn)狀，說明對列車的運行節(jié)能進行研宄具有現(xiàn)實意義。逡逑第二章為列車運動模型的建立。對城軌列車運行過程的受力情況進行介紹，建逡逑立了列車的單質(zhì)點動力學(xué)模型和多質(zhì)點動力學(xué)模型。并結(jié)合單質(zhì)點模型和多質(zhì)點逡逑模型的優(yōu)點研宄了一種多質(zhì)點單位移模型，該模型相對于單質(zhì)點模型能夠更加真逡逑實地反映列車的運行過程；相對于一般多質(zhì)點模型結(jié)構(gòu)更簡單，使得跟蹤控制器的逡逑設(shè)計和分析更加方便。最后對列車的運行工況進行了分析。逡逑第三章為優(yōu)化算法的設(shè)計。本章首先闡述了標(biāo)準(zhǔn)差分進化算法的原理和優(yōu)化逡逑步驟，并針對標(biāo)準(zhǔn)ＤＥ算法的不足提出一種基于改進變異策略的協(xié)同差分進化算法逡逑（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ邋Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ邋Ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋Ｉｍｐｒｏｖｅｄ邋Ｍｕｔａｔｉｏｎ邋Ｓｔｒａｔｅｇｙ，逡逑簡稱ＭＳＣＤＥ）
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP18;U284.48

【參考文獻】

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本文編號：2601423