燕房线无人驾驶地铁列车优化操纵研究

摘要

随着不断发展的城市规模，地铁列车逐渐成为城市中一种最重要的公共交通运输工具之一，承担着城市中大部分的公共交通运输负担。然而地铁列车所造成的巨大的耗电量也成为了城市一大负担，并造成了巨大的社会经济负担。地铁列车运行操纵的分析是目前为地铁列车降低耗能的主要手段之一。在地铁列车运行的过程中涉及到众多参量:列车载荷重量、列车运行能耗、列车的运行速度、列车的旅行时间、列车的排班、列车牵引/制动特性曲线以及列车的基本阻力。通过研究列车运行过程，优化列车控制策略和工况，可以实现提高地铁列车线路的运输能力、降低成本以及降低列车能耗。
　　本文主要探讨了北京地铁燕房线全自动无人驾驶列车的动力学模型和地铁列车运行的综合操纵优化问题，具体工作有一下几点:
　　(1)在我国自行研发的全自动无人驾驶地铁列车的基础上，建立了北京地铁燕房线地铁列车的实训仿真模型。该仿真采用改良的单质点模型，结合了单质点模型计算的简便性与多质点模型的准确性。
　　(2)利用遗传算法运用于对燕房线无人驾驶地铁列车的操纵进行综合策略优化仿真，使地铁列车运行时间、运行的耗能等多个目标得到综合优化。并通过与列车的特定操纵策略作对比，体现出列车综合策略操纵在列车运行时间与运行能耗的优越性。
　　(3)开发了针对燕房线无人驾驶列车的牵引计算系统。此系统可以计算出燕房线无人驾驶列车的参数，并绘制时间-速度、距离-速度、距离-功率和距离-能耗等重要特性曲线。
　　(4)针对在无人地铁列车运行过程中发生故障的情况进行模拟仿真。得出了不同动力损失情况下的无人驾驶地铁列车运行时间与运行工况，这些数据具有重要的参考价值。
　　总之，本论文以北京地铁燕房线为基础，建立无人驾驶地铁列车的实训仿真模型，并且研究了无人驾驶地铁列车在运行过程中的综合操纵策略的优化问题，为优化此款无人驾驶地铁列车运行的研究做一定的基础研究工作。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 论文的背景及意义

1．2 研究现状

1．3 研究目标与内容

1．3．2 研究内容

2．1 引言

2．2 燕房线无人驾驶列车牵引力模型

2．2．1 牵引力的生成

2．2．2 燕房线无人驾驶列车牵引力的计算

2．2．3 燕房线列车带故障运行能力计算

2．3 基本阻力计算模型

2．4 附加阻力计算模型

2．4．1 地铁列车坡道附加阻力

2．4．2 曲线附加阻力

2．5 地铁列车制动力计算模型

2．5．1 列车制动

2．5．2 电制动力

2．5．3 空气制动力

2．6 燕房线列车所受合力与运行操纵策略

2．6．1 燕房线列车所受的合力

2．6．2 燕房线列车运行操纵策略

2．7 燕房线列车运行耗能

2．8 无人驾驶列车模型选择

2．8．1 单质点模型

2．8．2 刚性多质点模型

2．8．3 改进的单质点模型

2．9 本章小结

3 燕房线地铁运行策略分析

3．1 定运行时间的操纵策略

3．1．1 燕房线列车仿真实验

3．1．2 燕房线列车仿真结果分析

3．1．3 燕房线列车的节能分析

3．2 可变运行时间的操纵策略

3．2．1 可变运行时间的仿真实验

3．2．2 可变运行时间仿真结果分析

3．2．3 可变运行时间的节能分析

3．3 列车进出站的坡道节能策略

3．3．1 进出站坡道的仿真实验

3．3．2 进出站坡道的实验分析

3．4 弯道限速的列车制动策略

3．4．1 弯道限速的仿真实验

3．4．2 弯道限速的实验分析

3．5 本章小结

4 燕房线地铁列车综合策略优化操纵

4．1 列车优化算法介绍

4．2 遗传算法选用依据

4．2．1 工况切换点设置与设计

4．2．2 适应度函数设计

4．2．3 种群初始化

4．2．4 基因的编码与染色体的设计

4．2．5 染色体选择设计

4．2．6 染色体交叉与变异

4．3 综合策略优化操纵的仿真验证

4．3．1 遗传算法仿真

4．3．2 综合优化仿真结果

4．4 本章小结

5 燕房线优化结果与无人驾驶下的带故障运行

5．1 燕房线线路优化结果

5．2 无人驾驶下的带故障运行

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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