基于速度集的高速动车组运行能耗优化操纵模型及算法

摘要

分析高速动车组的运行过程,针对基于最大值原理的传统最优经济算法未考虑限速工况这一不足加以改进,建立以给定区间运行时间、距离及限速等为约束条件的高速动车组运行能耗优化操纵模型,将求解高速动车组运行能耗最小值问题转化为寻找满足约束条件的高速动车组目标速度值及为实现这一目标值而操纵高速动车组以不同速度运行的速度集合,并据此制定高速动车组的优化操纵方案.改进的优化经济算法按照坡道、曲线、隧道和限速等特征以及线路化简条件将运行区间划分为若干子区间,并根据目标速度值和约束条件得到高速动车组在各个子区间内对应的速度,构成速度集合;在模型中引入拉格朗日乘子和惩罚项,消除时间、距离和限速约束条件,利用广义乘子法搜索目标速度值及对应的速度集合,将优化高速动车组运行能耗的有约束非线性规划求解问题转化为无约束极值求解问题.仿真结果表明:与传统最优经济算法比较,使用改进的优化经济算法不但计算速度更快,而且以此制定的高速动车组最优操纵方案能够进一步降低运行能耗(约2％),实际操纵也更简便.