货运列车节能操纵控制优化方案研究

摘要

我国人口众多，对能源的需求量也越来越大，在目前开发利用新能源与提高能源利用率短期内无法取得突破性进展的情况下，节能减排就显得尤为重要。在所有国民经济部门中，铁路运输部门是最大的耗能部门之一，而据不完全统计，机车牵引所消耗的能源大约可以占到铁路运输总能耗的65％-75%，这其中货运列车机车又以其载重高、运输距离远、运行线路复杂等原因在整个机车牵引能耗中占有很大的比重，因此研究货运列车机车节能问题具有很深刻的意义。以此为背景，本文从货运列车机车运行过程中的能耗为研究对象，引入遗传算法对货运列车节能操作问题进行寻优，给出能耗最小的操作方案，为司机的实际操作过程提供指导。
　　本文以货运DF4B型列车为研究切入点，通过研究列车机车在运行过程中的受力情况，并结合牵引计算和能耗计算的有关方法，运用启发式的智能算法，计算出货运列车节能操纵控制策略并对其进行优化。本文的主要内容如下：首先，通过分析国内外在列车节能操纵方面的研究成果，指出现有货运列车节能操纵研究的局限性主要表现在算法过于理论化和成果通用性差两个方面，在此基础上通过介绍遗传算法相关理论，分析了用遗传算法解决货运列车节能操纵问题的可行性，为下文理论研究提供算法支持，并通过研究货运列车在运行过程中能量消耗的影响因素及其受力情况，给出货运列车运行过程中的牵引计算与能耗计算方法，为后续货运列车机车节能操纵方案的研究提供理论支持；其次，在对货运列车运行过程中能量消耗的影响因素与列车节能操纵优化原则进行分析的基础上，通过机车手柄位的确定、停车制动计算、确定坡道均衡速度、确定调整坡道、确定调整坡道控制集合等步骤建立货运列车节能操纵控制策略及优化模型；最后，通过设计一种具有自适应性的遗传算法对上述货运列车节能操纵控制优化模型进行寻优，并运用实例证明了该模型及算法的有效性。本文在列车节能基本原则的指导下，通过确定机车经济手柄位、停车制动设计、确定坡道均衡速度、确定区间内所有调整坡道的控制集等建立货运列车机车节能操纵优化模型，并设计了相应的遗传算法对其进行寻优。
　　在本文的研究过程中，运用VC++软件对第五部分的实例进行计算，给出了货运列车在特定区间内最优的节能操纵策略，并与现行情况进行对比，证明了算法的可行性。

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1 绪论

1.1问题提出

1.2研究现状与存在问题

1.3论文结构

1.4研究方法与技术路线

2 遗传算法的基本理论

2.1遗传算法的基本概念

2.2遗传算法的基础理论

2.3用遗传算法解决货运列车节能操纵问题的算法适用性分析

2.4本章小结

3 货运列车牵引计算的基本原理及能耗分析

3.1货运列车运行能耗的影响因素

3.2货运列车运行过程中的受力分析

3.3列车运行能耗计算

3.4本章小结

4 货运列车节能操纵控制策略及优化模型

4.1 运行条件对列车节能的影响

4.2列车节能操纵优化原则及策略

4.3 模型的建立

4.4 本章小结

5 模型的算法设计及实例分析

5.1 模型的算法设计

5.2 实例分析

5.3 结果分析与比较

5.4 本章小结

6 结论与展望

1 结论

2 存在的不足与展望

致谢

参考文献

附录A

攻读学位期间的研究成果