面向節(jié)能的高速列車(chē)速度自動(dòng)控制優(yōu)化方法研究.pdf

1、作為最具可持續(xù)性的交通運(yùn)輸模式，軌道交通是國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈、大眾化交通工具和現(xiàn)代城市運(yùn)行的骨架，是國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、民生改善和國(guó)家安全起著不可替代的全局性支撐作用。高速鐵路也以其快捷、便利、舒適等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為民眾出行的首要選擇之一。盡管相比于公路、水路及航空等傳統(tǒng)運(yùn)輸方式，高速鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)境效益更好，然而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城市化發(fā)展步伐的加快，鐵路電氣化牽引負(fù)荷作為為數(shù)不多的直接接入高壓電網(wǎng)的大宗用戶(hù)之一，

2、仍然是我國(guó)能源消耗相對(duì)較大的部門(mén)單位之一。隨著全球能源問(wèn)題的日益凸顯，鐵路系統(tǒng)帶來(lái)的能源消耗將逐漸成為制約其實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。列車(chē)速度自動(dòng)控制技術(shù)可以有效提高列車(chē)運(yùn)營(yíng)效率，并在保證運(yùn)行安全、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適的條件下對(duì)運(yùn)行能耗進(jìn)行優(yōu)化，因此成為高速列車(chē)運(yùn)行控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問(wèn)題之一。
　　本文立足于高速列車(chē)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)包含不確定參數(shù)特征的列車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)策略進(jìn)行研究，建立一種能夠同時(shí)滿(mǎn)足高速列車(chē)運(yùn)行速度軌

3、跡在線規(guī)劃與跟蹤控制的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)及動(dòng)力學(xué)模型更新策略，在此基礎(chǔ)上形成高速列車(chē)速度一體化節(jié)能控制系統(tǒng)模型，并進(jìn)一步將單車(chē)一體化速度自動(dòng)控制模型拓展至多車(chē)追蹤運(yùn)行控制層面，研究多列車(chē)的節(jié)能追蹤運(yùn)行控制協(xié)同優(yōu)化方法?；谡撐牡难芯抗ぷ鳎饕〉昧艘韵聞?chuàng)新成果：
　　(1)提出了面向速度自動(dòng)控制應(yīng)用的高速列車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)算法，利用Hammerstein模型對(duì)具有非仿射特性、內(nèi)外部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多質(zhì)點(diǎn)高速動(dòng)車(chē)組運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行描述，結(jié)合聯(lián)邦濾波

4、器思想建立了可為高速列車(chē)運(yùn)行速度軌跡在線規(guī)劃與跟蹤控制提供層次化狀態(tài)預(yù)測(cè)模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)框架，解決了傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)策略難以有效應(yīng)用于列車(chē)速度自動(dòng)控制的問(wèn)題。
　　(2)提出了基于狀態(tài)預(yù)測(cè)的高速列車(chē)運(yùn)行速度軌跡在線滾動(dòng)規(guī)劃算法，利用列車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)策略對(duì)單質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行更新并應(yīng)用于在線滾動(dòng)規(guī)劃過(guò)程中，同時(shí)基于列車(chē)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)建立了在線規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)權(quán)值的動(dòng)態(tài)分配機(jī)制，充分利用冗余運(yùn)行時(shí)間降低運(yùn)行能耗，進(jìn)一步提高了列車(chē)運(yùn)行速度

5、軌跡規(guī)劃的靈活性與節(jié)能水平，解決了離線運(yùn)行速度軌跡規(guī)劃方式無(wú)法完全適應(yīng)外部動(dòng)態(tài)環(huán)境變化的問(wèn)題。
　　(3)提出了基于混合動(dòng)力學(xué)模型的列車(chē)速度一體化節(jié)能控制算法，突破傳統(tǒng)研究方式中將運(yùn)行速度軌跡規(guī)劃與跟蹤控制相互獨(dú)立的問(wèn)題，通過(guò)列車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)策略分別對(duì)運(yùn)行速度軌跡規(guī)劃層的單質(zhì)點(diǎn)模型與跟蹤層的多質(zhì)點(diǎn)模型進(jìn)行同步動(dòng)態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行速度軌跡在線規(guī)劃與跟蹤控制過(guò)程的耦合，解決了離線規(guī)劃方式中因模型參數(shù)與實(shí)際跟蹤控制過(guò)程不一致導(dǎo)致規(guī)劃目標(biāo)

6、難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)一步提高了高速列車(chē)運(yùn)行節(jié)能控制水平。
　　(4)提出了多列車(chē)速度自動(dòng)控制的分布式追蹤運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化算法，將論文所提出的速度一體化自動(dòng)控制模型拓展至多列車(chē)追蹤運(yùn)行速度控制，利用有向無(wú)環(huán)圖描述列車(chē)追蹤運(yùn)行過(guò)程中的速度控制策略模型，并將位置估計(jì)的不確定性納入列車(chē)速度控制模型中，基于部分可觀馬爾科夫決策理論建立了多列車(chē)速度自動(dòng)控制分布式追蹤運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)流程，有效降低了多列車(chē)的總體運(yùn)行能耗。