高速列车节能运行自适应优化方法研究

摘要

高速列车运行过程是集安全、准点、节能和停靠准确等多个目标要求为一体的复杂的控制问题，在列车运行过程中，不同的运行策略在运行时间和能耗方面的表现各不相同，通过研究列车最优行车策略，能够有效的降低列车能源消耗。然而，目前关于列车行车策略的研究主要聚焦于离线优化方面，在实时优化方面还比较匮乏。本文在研究高速列车节能运行离线优化算法的基础上，研究了高速列车节能运行自适应优化算法，用于实时调整列车的行车策略，以提高列车的准点性和节能性。
　　本文的主要研究内容如下:
　　(1)首先研究了列车运行动力学模型的相关内容，具体内容包括列车运行质点模型和列车运行计算方法，并建立了以运行时间和能耗为优化目标的优化模型。在此基础上，本文提出了基于智能算法的高速列车节能运行离线优化算法对所提出的优化问题进行求解。
　　(2)为了改善列车在实际运行过程中由于不确定性因素所造成的晚点和早点现象，根据模糊控制理论的基本结构和基本原理，本文提出了基于模糊控制理论的高速列车节能运行自适应优化算法，该算法能够根据列车的实际运行状态对离线选择的最优行车策略中的惰行点进行实时调整，以提高列车的准点性和节能性。
　　(3)针对所提出的基于智能算法的高速列车节能运行离线优化算法和基于模糊控制系统理论的自适应优化算法进行仿真分析，由于在仿真分析时，会涉及到很多参数设置，大量的数据更新，为了更加方便和直观地对仿真结果进行显示和分析，设计并开发了相应的仿真环境。在该仿真环境下，结合具体的线路数据，首先对所提出的基于遗传算法的高速列车节能运行离线优化算法和基于差分进化算法的高速列车节能运行离线优化算法进行了对比仿真分析，并选则其中一组仿真数据进行深入分析。然后，分别在晚点和早点场景下对基于模糊控制理论的高速列车节能运行自适应优化算法进行仿真分析。仿真结果表明所提出的算法能够有效地提高列车的准点性和节能性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究内容及组织结构

2 高速列车节能运行离线优化算法研究

2．1 列车运行动力学模型

2．1．1 列车运行质点模型

2．1．2 列车运行计算方法

2．2 列车运行多目标优化模型

2．2．1 多目标优化问题

2．2．2 多目标优化问题的解

2．3 基于智能算法的高速列车节能运行离线优化算法

2．3．1 基于遗传算法的高速列车节能运行离线优化算法

2．3．2 基于差分进化算法的高速列车节能运行离线优化算法

2．4 本章小结

3 高速列车节能运行自适应优化算法研究

3．1 模糊控制理论

3．1．1 基本结构

3．1．2 基本原理

3．2 模糊控制器的设计

3．3 自适应优化算法的基本步聚

3．4 本章小结

4 仿真环境的构建与案例分析

4．1 仿真环境的需求分析

4．1．1 结构设计

4．1．2 功能设计

4．1．3 数据库设计

4．2 仿真环境的实现

4．2．1 离线优化模块

4．2．2 自适应优化模块

4．3 离线优化算法仿真分析

4．4 自适应优化算法仿真分析

4．4．1 基于早点场景的自适应优化算法仿真分析

4．4．2 基于晚点场景的自适应优化算法仿真分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读学位期间取得的研究成果

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