列车节能控制优化分析.pdf

第29卷，第2期 中 国 铁 道 科 学 V01．29No．2 20 08年3月 CHINARAILWAYSCIENCE March，2008 02-0104-05 文章编号：1001-4632{20081 列车节能控制的优化分析 朱金陵，李会超，王青元，龙胜 (西南交通大学电气工程学院，四川成都610031) 摘要：为研究列车节能控制问题，采用带有非线性约束的微分方程描述列车运行过程，用牵引力积分形 式描述节能优化目标，并将最大值原理应用于模型求解。在确保安全运行、满足线路限速约束、机车性能约束 和运行时间约束的条件下，充分利用线路坡道，以能量消耗最小为控制目标，得到列车优化控制的策略。针对 由于模型奇异性而使控制策略还不能确定出列车所有工况转换点的问题，结合列车操纵经验给出列车节能控制 算法。在列车运行仿真平台上验证了优化控制方法与算法的正确性。 关键词：最大值原理；节能；列车控制；算法 中图分类号：U260．131文献标识码：A 列车节能控制问题是一个最优控制问题。列车 牵引力牵引，机车的速度仍旧下降，这样的坡道定 的牵引和制动力是列车优化控制的输入变量，列车 义为大上坡道；列车在给定速度下，使用惰性工 的位移和速度是列车的状态变量，列车运动满足动 况，机车的速度仍旧上升，这样的坡道定义为大下 力学方程，状态约束是线路限速和区间时间，优化 坡道；不属于上述2种坡道的定义为一般坡道。 目标为能量消耗最小。国外对此问题进行了大量的 1．2问题描述 研究，取得了一系列的成果，应用于区间时间优化 列车在位置s处的势能为P(s)，并且假设P(5) 和列车控制中，取得了显著的节能效果[1引。国内 为分段连续函数，即假定线路是由一系列恒值坡道 学者也进行了相关的研究，但多采用局部优化的方 法吣]。本文提出一种基于最大能力的列车控制算 法，并且应用在列车运行仿真软件中，取得了良好 的效果。 b~／2K—k，并且假设系数a，b，c均大于0。 将线路限速硒表示为和动能相对应的格 1 问题概述 式，以便模型的描述。 得到列车的动力学微分方程为 1．1模型假设 为了便于数学上的描述和求解对机车模型作如 硼(K)+g(s) (1) 下假设：①将列车的电制动和空气制动特性归并到 1 同一制动特性曲线下，并且不考虑空气制动的充风 ￡(s)=—=兰= (2) ~／2K(s) 时间和缓解时间；②列车的牵引和制动力是连续 节能优化目标为 的，可以为包络线下任意点力的值；③列车的制动 特性可以满足列车在线路任意位置安全减速；④列 f (3) A=l“。(s)^(K)山一rain 车控制不存在牵引和制动同时使用的负载制动工