列車(chē)運(yùn)行過(guò)程仿真及優(yōu)化研究

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1、西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文到圭鎏塹墊猩堡真盈垡垡盟窕．年級(jí)二OO!三塑姓名丕絲國(guó)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別三堂譴±專(zhuān)業(yè)囊通鎏塹塑創(chuàng)魚(yú)籃望指導(dǎo)教師塹甚淵二OO六年九月西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第1頁(yè)摘要為了研究列車(chē)運(yùn)行過(guò)程仿真和優(yōu)化控制方案，論文在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，首先以最快速度運(yùn)行策略構(gòu)造了單質(zhì)點(diǎn)列車(chē)運(yùn)行仿真模型，在這一模型基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)造多質(zhì)點(diǎn)列車(chē)模型，設(shè)計(jì)線路分段模型與算法，設(shè)計(jì)并優(yōu)化列車(chē)運(yùn)行過(guò)程算法等，構(gòu)造了多質(zhì)點(diǎn)列車(chē)運(yùn)行仿真模型，據(jù)此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行仿真系統(tǒng)。參考這一仿真系統(tǒng)，結(jié)合遺傳算法理論，通過(guò)深入

2、細(xì)致分析列車(chē)運(yùn)行控制過(guò)程，將遺傳算法引入列車(chē)運(yùn)行控制方案的優(yōu)化之中。在復(fù)雜線路條件下，找到了較多質(zhì)點(diǎn)模型更加優(yōu)秀的列車(chē)運(yùn)行控制方案。論文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1．根據(jù)既有列車(chē)運(yùn)行控制的機(jī)械能理論、能耗理論及列車(chē)牽引計(jì)算理論，提出了包含能耗、運(yùn)行時(shí)分和停站精度在內(nèi)的多目標(biāo)列車(chē)運(yùn)行仿真模型。2．在多目標(biāo)列車(chē)運(yùn)行仿真模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合列車(chē)牽引計(jì)算與運(yùn)行仿真理論，通過(guò)分析城市軌道交通系統(tǒng)與普通鐵路系統(tǒng)的異同，提出了三種典型列車(chē)運(yùn)行控制策略，并以最快速策略為依據(jù)，構(gòu)造了單質(zhì)點(diǎn)列車(chē)運(yùn)行仿真模型。3．在列車(chē)運(yùn)行仿真的單質(zhì)點(diǎn)模型基

3、礎(chǔ)上，通過(guò)建立多質(zhì)點(diǎn)的列車(chē)模型，考慮列車(chē)長(zhǎng)度對(duì)附加阻力計(jì)算的影響，構(gòu)造線路分段模型和變坡段列車(chē)受力計(jì)算方法，工況轉(zhuǎn)換引入合理性條件，中間過(guò)程運(yùn)用波浪軌線代替恒速軌線，進(jìn)站制動(dòng)運(yùn)用反向遞推試湊法等方法，構(gòu)造了列車(chē)運(yùn)行仿真的多質(zhì)點(diǎn)優(yōu)化模型。4．通過(guò)對(duì)列車(chē)運(yùn)行控制過(guò)程的研究，將運(yùn)行控制方案分解為工況序列，結(jié)合遺傳算法理論與方法，將工況序列映射為染色體，工況序列表映射為種群，從而將遺傳算法引入列車(chē)運(yùn)行仿真模型求解問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)選擇算子、保優(yōu)交叉和變異算子、構(gòu)造變長(zhǎng)算子、設(shè)計(jì)并改進(jìn)適應(yīng)值函數(shù)、構(gòu)造列車(chē)運(yùn)行仿真器的算法等，設(shè)計(jì)了變長(zhǎng)度染

4、色體多目標(biāo)改進(jìn)遺傳算法。5．在單質(zhì)點(diǎn)模型和多質(zhì)點(diǎn)模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行仿真系統(tǒng)，并通過(guò)實(shí)例測(cè)試了單質(zhì)點(diǎn)模型和多質(zhì)點(diǎn)模型。測(cè)試表明，單質(zhì)點(diǎn)模型能夠計(jì)算多種列車(chē)運(yùn)行曲線，估計(jì)區(qū)間運(yùn)行時(shí)分，但是設(shè)計(jì)不夠合理，能耗偏高，計(jì)算相對(duì)粗略。多質(zhì)點(diǎn)模型克服了單質(zhì)點(diǎn)模型的缺點(diǎn)，進(jìn)站初速度降低10％一30％，節(jié)約總能耗達(dá)30％以上，同時(shí)優(yōu)化了控制過(guò)程和仿真曲線。這一模型較既有系統(tǒng)降低了進(jìn)站制動(dòng)初速度，停站計(jì)算更加準(zhǔn)確，工況第Ⅱ頁(yè)西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文轉(zhuǎn)換更加合理，克服了長(zhǎng)短鏈和超長(zhǎng)線路計(jì)算問(wèn)題，計(jì)算速度更快。在多質(zhì)

5、點(diǎn)列車(chē)運(yùn)行仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了變長(zhǎng)染色體多目標(biāo)改進(jìn)遺傳算法。在測(cè)試的同時(shí)對(duì)適應(yīng)值函數(shù)和選擇算子進(jìn)行了改進(jìn)。大量測(cè)試表明，該仿真算法可以適應(yīng)陡坡段、限速變化的復(fù)雜線路，其提供的優(yōu)化方案由兩個(gè)以上控制變量構(gòu)成，能夠滿足能耗、區(qū)間運(yùn)行時(shí)分和停站精度等多個(gè)目標(biāo)要求，較多質(zhì)點(diǎn)優(yōu)化模型仿真結(jié)果，節(jié)約能耗5％一25％，且60％一95％以上的計(jì)算能夠在50代以?xún)?nèi)收斂，計(jì)算速度能夠滿足離線計(jì)算需要。關(guān)鍵詞：列車(chē)運(yùn)行仿真；多目標(biāo)列車(chē)運(yùn)行仿真模型；單質(zhì)點(diǎn)模型；多質(zhì)點(diǎn)模型；變?nèi)旧w長(zhǎng)度多目標(biāo)改進(jìn)遺傳算法西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第Ⅲ頁(yè)ABST

6、RACTInordertoresearchsimulationoftrainoperationandmovementprocess，andoptimizationontraincontrolscheme，basedonworksrelative，thepaperbuildsamulti-objectivetrainoperationandmovementsimulationmodelandalgorithmbybuildmulti-particletrainmodel，designrailwaypartitionmodela

7、ndalgorithm，makeandoptimizetrainmovementprocessmodeletc．Groundonthesimulationmodel，trainoperationsimulationsystemisbuiltup．Accordingtothetrainsimulationsystem，combinedwithgeneticalgorithmtheory,thepaperbringgeneticalgorithmintooptimizationoftraincontrolschemesucces

8、sfully．Beforethiswork，trainmovementprocesswasdecomposedandanalyzeddeeplyThealgoritlunCancalculatequicklymoreexcellenttrainmovementandcontrolproje