專利名稱：基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)速方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速方法。
技術(shù)背景
鐵路是國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，鐵路車輛自動調(diào)速系統(tǒng)是鐵路編組站實現(xiàn)自動化的重 要手段之一。它主要是解決鐵路貨運駝峰編組場，特別是中小編組場，分解作業(yè)車輛溜放時 的調(diào)速問題。自上世紀(jì)九十年代以來，該系統(tǒng)在許多地方應(yīng)用都取得了良好調(diào)速的效果。該 系統(tǒng)自動化程度非常高，完全替代了鐵鞋、手間等落后的人工作業(yè)，同時大大地提高了貨運 效率，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。駝峰車輛溜放的過程，是一個運動規(guī)律十分復(fù)雜，隨機(jī)變量甚多，無絕對固定規(guī)則 可遵循的動態(tài)過程。為了實現(xiàn)這一作業(yè)過程的實時自動化控制，以往一直采用的計算機(jī)控 制調(diào)速設(shè)備對勾車進(jìn)行“點式打靶”調(diào)速實驗。首先，要求精確地測定勾車的重量、阻力、速 度、股道空閑長度以及風(fēng)速、風(fēng)向等資料；然后，計算機(jī)按“打靶方程”計算出的勾車通過調(diào) 速設(shè)備應(yīng)達(dá)到的精確的目標(biāo)出口速度值，控制減速器對勾車進(jìn)行實時調(diào)速。但是因為在這 個系統(tǒng)中實際遇到的情況是千變?nèi)f化的，不論測得的數(shù)據(jù)還是方程的求解，理論和實際往 往千差萬別，要求各個控制環(huán)節(jié)都做到千準(zhǔn)萬確是不可能的，而任何測得的數(shù)據(jù)有錯漏，或 任何控制環(huán)節(jié)有誤差，都會導(dǎo)致整個控制系統(tǒng)最終調(diào)速的失敗。因此，按“精確控制”理論 構(gòu)建的調(diào)速設(shè)備“點式打靶”目的制動自動化控制系統(tǒng)，經(jīng)過長期、多次、反復(fù)試驗，都達(dá)不 到預(yù)期運營效果，應(yīng)用該系統(tǒng)的調(diào)速方法的調(diào)速結(jié)果較差、不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決目前應(yīng)用“精確控制”理論構(gòu)建的鐵路自動減速設(shè)備及方法 對勾車進(jìn)行自動調(diào)速時，存在調(diào)速結(jié)果差、不準(zhǔn)確的問題，提供了一種基于遺傳算法的鐵路 車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)速方法。基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)，它包括測重設(shè)備、第一測速設(shè)備、控制 箱、測重計算機(jī)、控制計算機(jī)、驅(qū)動電源及減速裝置；第一測速設(shè)備由N個第一測速傳感器 組成，減速裝置由N個減速設(shè)備組成，其中N為正整數(shù)；
所述測重設(shè)備，用于獲得車輛的總重量信號，并將所述總重量信號發(fā)送給控制箱；所述 車輛包括多節(jié)連掛在一起的車廂；
所述第一測速設(shè)備，用于獲得車輛調(diào)速前的速度信號，并將所述速度信號發(fā)送給控制
箱；
所述控制箱，用于對接收到的總重量信號及速度信號進(jìn)行模_數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的 總重量信號及速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)；還用于接收來自控制計算機(jī)的控制驅(qū)動量V， 并根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源；
所述測重計算機(jī)，用于根據(jù)接收到的總重量信號及速度信號計算并獲得每節(jié)車廂的平 均重量及車廂的數(shù)量，并將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號發(fā)送給控制計算機(jī)；
所述控制計算機(jī)，用于根據(jù)接收到的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量及速度信號，利 用模糊控制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱； 所述驅(qū)動電源，用于根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制減速裝置的運行； 所述減速裝置，用于在驅(qū)動電源控制下啟動或停止。上述基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，它的過程如下 步驟一、在編組場的駝峰上設(shè)置測重設(shè)備，在駝峰至股道區(qū)之間的每一條股道的入口
處設(shè)置一個第一測速傳感器，并在每一條股道上設(shè)置一個減速裝置；
步驟二、首先利用測重設(shè)備獲得車輛的總重量信號，并將該總重量信號發(fā)送至控制箱； 然后令車輛自駝峰上向下溜放，當(dāng)車輛經(jīng)過某一條股道的入口時，利用位于該入口處的第 一測速設(shè)備獲得車輛當(dāng)前的速度信號，并將該速度信號發(fā)送至控制箱；
步驟三、控制箱對接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的 總重量信號和速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)；
步驟四、測重計算機(jī)根據(jù)接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行計算，獲得每節(jié)車廂的 平均重量和車廂的數(shù)量，然后將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信 號發(fā)送給控制計算機(jī)；
步驟五、控制計算機(jī)根據(jù)每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號，利用模糊控 制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱；
步驟六、控制箱根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源，然后驅(qū)動電源 根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制位于該條股道上的減速裝置啟動，進(jìn)而實現(xiàn)對車輛進(jìn)行減 速。上述基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)還可以包括第二測速設(shè)備，所述第 二測速設(shè)備由N個第二測速傳感器組成，所述減速裝置由多個現(xiàn)場液壓減速頂組成；基于 該種自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法過程如下
步驟一、在編組場的駝峰上設(shè)置測重設(shè)備，在駝峰至股道區(qū)之間的每一條股道的入口 處設(shè)置一個第一測速傳感器，并在每一條股道上設(shè)置多個現(xiàn)場液壓減速頂，在每一條股道 的出口處安裝一個第二測速傳感器；
步驟二、首先利用測重設(shè)備獲得車輛的總重量信號，并將該總重量信號發(fā)送至控制箱； 然后令車輛自駝峰上向下溜放，當(dāng)車輛經(jīng)過某一條股道的入口時，利用位于該入口處的第 一測速傳感器獲得車輛當(dāng)前的速度信號，并將該速度信號發(fā)送至控制箱；
步驟三、控制箱對接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的 總重量信號和速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)；
步驟四、測重計算機(jī)根據(jù)接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行計算，獲得每節(jié)車廂的 平均重量和車廂的數(shù)量，然后將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信 號發(fā)送給控制計算機(jī)；
步驟五、控制計算機(jī)根據(jù)每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號，利用模糊控 制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱；
步驟六、控制箱根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源，然后驅(qū)動電源 根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制減速裝置對車輛進(jìn)行減速；減速裝置還將現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)輸出給控制箱；
步驟七、當(dāng)車輛經(jīng)過該條股道的出口時，利用位于該出口處的第二測速傳感器獲得車 輛調(diào)速后的速度信號，并將該調(diào)速后的速度信號發(fā)送至控制箱；
步驟八、控制箱對接收到的調(diào)速后的速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的調(diào)速后 的速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)；控制箱還將接收到的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)發(fā)送 給控制計算機(jī)；
步驟九、測重計算機(jī)將接收到的調(diào)速后的速度信號轉(zhuǎn)發(fā)給控制計算機(jī)； 步驟十、控制計算機(jī)根據(jù)遺傳算法以及接收到的調(diào)速后的速度信號，對模糊控制理論 中的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行優(yōu)化，并用優(yōu)化后的模糊控制參數(shù)表替換模糊控制理論中的模糊 控制參數(shù)表；控制計算機(jī)還根據(jù)接收到的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)，檢查減速裝置 的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)拈_啟數(shù)量是否合格若合格，則不作處理；若不合格，則對現(xiàn)場液壓減 速頂?shù)拈_啟數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明的自動調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速方法，基于模糊控制理論構(gòu)建而成，能夠?qū)窜嚵?放連續(xù)進(jìn)行實時調(diào)速控制，調(diào)速精度高。


圖1為實施方式一的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖 2為實施方式二和三的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實 施方式四的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施方式五的 調(diào)速方法的流程圖；圖5為實施方式八的調(diào)速方法的流程圖；圖6為實施方式九的流程圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的基于遺傳算法的鐵路 車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)，它包括測重設(shè)備1、第一測速設(shè)備2、控制箱3、測重計算機(jī)4、控制計 算機(jī)5、驅(qū)動電源6及減速裝置7 ；第一測速設(shè)備2由N個第一測速傳感器組成，減速裝置7 由N個減速設(shè)備組成，其中N為正整數(shù)，N為股道數(shù)量；
所述測重設(shè)備1，用于獲得車輛的總重量信號，并將所述總重量信號發(fā)送給控制箱3 ； 所述車輛包括多節(jié)連掛在一起的車廂；
所述第一測速設(shè)備2，用于獲得車輛調(diào)速前的速度信號，并將所述速度信號發(fā)送給控制 箱3;
所述控制箱3，用于對接收到的總重量信號及速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的 總重量信號及速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)4 ；還用于接收來自控制計算機(jī)5的控制驅(qū)動量 V,并根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源6 ；
所述測重計算機(jī)4，用于根據(jù)接收到的總重量信號及速度信號計算并獲得每節(jié)車廂的 平均重量及車廂的數(shù)量，并將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號 發(fā)送給控制計算機(jī)5 ；
所述控制計算機(jī)5，用于根據(jù)接收到的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量及速度信號， 利用模糊控制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱3 ； 所述驅(qū)動電源6，用于根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制減速裝置7的運行；所述減速裝置7，用于在驅(qū)動電源6控制下啟動或停止。所述減速裝置7啟動后對車輛 進(jìn)行減速，停止時，減速結(jié)束。本發(fā)明的自動調(diào)速系統(tǒng)，基于模糊控制理論構(gòu)建而成，能夠?qū)窜嚵锓胚B續(xù)進(jìn)行 實時調(diào)速控制，調(diào)速精度高。
具體實施方式
二 結(jié)合圖2說明本實施方式，與實施方式一不同的是，本實施方式 的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)，它還包括第二測速設(shè)備8，所述第二測速設(shè)備 8由N個第二測速傳感器組成，所述減速裝置7由多個現(xiàn)場液壓減速頂組成；
所述第二測速設(shè)備8，用于獲得車輛調(diào)速后的速度信號，并將所述調(diào)速后的速度 信號發(fā) 送給控制箱3 ；
所述控制箱3，還用于對接收到的調(diào)速后的速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的調(diào) 速后的速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)4 ；還用于將現(xiàn)場液壓減速頂?shù)拇龁訑?shù)量發(fā)送給控制 計算機(jī)5 ；還用于接收減速裝置7輸出的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膶嶋H啟動數(shù)量數(shù)據(jù)，并將所述啟 動數(shù)量數(shù)據(jù)發(fā)送給控制計算機(jī)5 ；
所述測重計算機(jī)4，還用于將接收到的調(diào)速后的速度信號轉(zhuǎn)發(fā)給控制計算機(jī)5 ； 所述控制計算機(jī)5，還用于根據(jù)遺傳算法以及接收到的調(diào)速后的速度信號，對模糊控制 理論中的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行優(yōu)化，并用優(yōu)化后的模糊控制參數(shù)表替換模糊控制理論中的 模糊控制參數(shù)表；還用于接收來自控制箱(3)的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)，檢查現(xiàn) 場液壓減速頂?shù)拈_啟數(shù)量是否與待啟動數(shù)量一致若一致，則不作處理；若不一致，則輸出 現(xiàn)場液壓減速頂故障信息；
所述減速裝置7，還用于將現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)輸出給控制箱3。在本實施方式中，股道區(qū)最后各控制點的出口處加裝第二測速傳感器，作為整個 系統(tǒng)出口速度監(jiān)測點，根據(jù)它對系統(tǒng)控制結(jié)果做出評估，同時也作為系統(tǒng)反饋信息。
具體實施方式
三結(jié)合圖2說明本實施方式，與實施方式一或二不同的是，本實施 方式的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)，它還包括手動控制臺9 ；
所述手動控制臺9用于通過人工手動控制向控制計算機(jī)5輸出手動控制信號； 控制計算機(jī)5，還用于根據(jù)接收到的手動控制信號輸出控制驅(qū)動量V給控制箱3。本實施方式通過手動控制臺9向控制箱3輸出手動控制信號，然后控制箱3輸出 電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源6，再由驅(qū)動電源6根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制減速裝置7的 運行，從而實現(xiàn)了對車輛的人工手動調(diào)速控制。
具體實施方式
四結(jié)合圖3說明本實施方式，與實施方式三不同的是，本實施方式 的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)中，所述控制箱3由AD轉(zhuǎn)換模塊3-l、CPU3-2、 輸入模塊3-3、輸出模塊3-4、放大模塊3-5以及電源組成；
所述AD轉(zhuǎn)換模塊3-1，用于對接收到的各個信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的各個信 號發(fā)送給CPU3-2 ；
所述CPU3-2，用于接收AD轉(zhuǎn)換模塊3-1輸出的各個信號，并將所述各個信號轉(zhuǎn)發(fā)至測 重計算機(jī)4 ；
所述輸入模塊3-3，用于接收減速裝置7輸出的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)，并將 所述現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)發(fā)送給控制計算機(jī)5 ；
所述輸出模塊3-4，用于接收來自控制計算機(jī)5的控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V發(fā)送給放大模塊3-5;
所述放大模塊3-5，用于對所述控制驅(qū)動量V進(jìn)行放大，然后將放大后的控制驅(qū)動量V 轉(zhuǎn)發(fā)至驅(qū)動電源6;
所述電源，用于向AD轉(zhuǎn)換模塊3-1、CPU3-2、輸入模塊3_3、輸出模塊3_4及放大模塊 3-5提供工作電源。
具體實施方式
五結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式是實施方式一的基于遺 傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，它的過程如下
步驟一、在編組場的駝峰上設(shè)置測重設(shè)備1，在駝峰至股道區(qū)之間的每一條股道的入口 處設(shè)置一個第一測速傳感器，并在每一條股道上設(shè)置一個減速裝置7 ；
步驟二、首先利用測重設(shè)備1獲得車輛的總重量信號，并將該總重量信號發(fā)送至控制 箱3 ；然后令車輛自駝峰上向下溜放，當(dāng)車輛經(jīng)過某一條股道的入口時，利用位于該入口處 的第一測速設(shè)備2獲得車輛當(dāng)前的速度信號，并將該速度信號發(fā)送至控制箱3 ；
步驟三、控制箱3對接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的 總重量信號和速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)4 ；
步驟四、測重計算機(jī)4根據(jù)接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行計算，獲得每節(jié)車廂 的平均重量、車廂的數(shù)量，然后將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信 號發(fā)送給控制計算機(jī)5 ；
步驟五、控制計算機(jī)5根據(jù)每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號，利用模糊 控制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱3 ；
步驟六、控制箱3根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源6，然后驅(qū)動電 源6根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制位于該條股道上的減速裝置7啟動，進(jìn)而實現(xiàn)對車輛 進(jìn)行減速。本發(fā)明的自動調(diào)速方法，基于模糊控制理論構(gòu)建而成，能夠?qū)窜嚵锓胚B續(xù)進(jìn)行 實時調(diào)速控制，調(diào)速精度高。
具體實施方式
六本實施方式是對實施方式五的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動 調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法的進(jìn)一步說明，步驟五中所述的根據(jù)每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù) 量以及速度信號，利用模糊控制理論獲得控制驅(qū)動量V的具體過程為
令G表示每節(jié)車廂的平均重量，Uint表示車輛在控制點入口的速度，也即調(diào)速前的速 度，Uk表示起控速度，R表示模糊控制參數(shù)表，則控制驅(qū)動量V根據(jù)下式獲得 V= (G*(Uint-Uk) )*R。
具體實施方式
七、本實施方式是對實施方式六的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動 調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法的進(jìn)一步說明，其中，
G= {0，1，2，3，4}，即每節(jié)車廂的平均重量分成5個檔次
G=O表示重量信息丟失或測重設(shè)備故障；G=I表示每節(jié)車廂的平均重量小于30噸；G=2表示每節(jié)車廂的平均重量在30噸 45噸之間；G=3表示每節(jié)車廂的平均重量在45噸飛0噸 之間；G=4表示每節(jié)車廂的平均重量大于60噸；
Uint-Uk= {0,1,2},即車輛在控制點入口的速度分成3個檔次 Uint-Uk=O表示速度錯誤或測速設(shè)備故障；Uint-Uk=I表示Uint>Uk，即入口速度大于 起控速度；Uint-Uk=2表示Uint<=Uk，即入口速度小于起控速度；則控制驅(qū)動量V分成3個檔次，即V={0，1，2}:
V=O表示容錯處理；V=I表示控制驅(qū)動；V=2表示不控制。R是由手動控制實踐經(jīng)驗和專家總結(jié)而來，存入計算機(jī)中，供實時控制時查詢。在 實際應(yīng)用中還要考慮輛數(shù)、股道占用狀態(tài)以及手動控制優(yōu)先于自動控制等原則。
具體實施方式
八結(jié)合圖5說明本實施方式，如實施方式二所述的基于遺傳算法 的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，所述基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)還 包括第二測速設(shè)備8，所述第二測速設(shè)備8由N個第二測速傳感器組成，所述調(diào)速方法的過 程如下
步驟一、在編組場的駝峰上設(shè)置測重設(shè)備1，在駝峰至股道區(qū)之間的每 一條股道的入口 處設(shè)置一個第一測速傳感器，并在每一條股道上設(shè)置多個現(xiàn)場液壓減速頂，在每一條股道 的出口處安裝一個第二測速傳感器；
步驟二、首先利用測重設(shè)備1獲得車輛的總重量信號，并將該總重量信號發(fā)送至控制 箱3 ；然后令車輛自駝峰上向下溜放，當(dāng)車輛經(jīng)過某一條股道的入口時，利用位于該入口處 的第一測速傳感器獲得車輛當(dāng)前的速度信號，并將該速度信號發(fā)送至控制箱3 ；
步驟三、控制箱3對接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行模_數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的 總重量信號和速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)4 ；
步驟四、測重計算機(jī)4根據(jù)接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行計算，獲得每節(jié)車廂 的平均重量和車廂的數(shù)量，然后將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度 信號發(fā)送給控制計算機(jī)5 ；
步驟五、控制計算機(jī)5根據(jù)每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號，利用模糊 控制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱3 ；
步驟六、控制箱3根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源6，然后驅(qū)動電 源6根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制減速裝置7對車輛進(jìn)行減速；減速裝置7還將現(xiàn)場液 壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)輸出給控制箱3 ；
步驟七、當(dāng)車輛經(jīng)過該條股道的出口時，利用位于該出口處的第二測速傳感器獲得車 輛調(diào)速后的速度信號，并將該調(diào)速后的速度信號發(fā)送至控制箱3 ；
步驟八、控制箱3對接收到的調(diào)速后的速度信號進(jìn)行模_數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的調(diào)速后 的速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)4 ；控制箱3還將接收到的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù) 發(fā)送給控制計算機(jī)5 ；
步驟九、測重計算機(jī)4將接收到的調(diào)速后的速度信號轉(zhuǎn)發(fā)給控制計算機(jī)5 ； 步驟十、控制計算機(jī)5根據(jù)遺傳算法以及接收到的調(diào)速后的速度信號，對模糊控制理 論中的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行優(yōu)化，并用優(yōu)化后的模糊控制參數(shù)表替換模糊控制理論中的模 糊控制參數(shù)表；控制計算機(jī)5還根據(jù)接收到的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)，檢查減速 裝置7的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)拈_啟數(shù)量是否合格若合格，則不作處理；若不合格，則對現(xiàn)場 液壓減速頂?shù)拈_啟數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。
具體實施方式
九、結(jié)合圖6說明本實施方式，本實施方式是對實施方式八的基于 遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法的進(jìn)一步限定，步驟十中所述的根據(jù)遺傳 算法以及接收到的調(diào)速后的速度信號，對模糊控制理論中的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行優(yōu)化，并 用優(yōu)化后的模糊控制參數(shù)表替換模糊控制理論中的模糊控制參數(shù)表的具體過程為Al、參數(shù)模糊化，令G表示每節(jié)車廂的平均重量，Uout表示車輛在控制點出口的速度， 也即調(diào)速后的速度，Uk表示起控速度，R表示模糊控制參數(shù)表，將調(diào)速后的速度信號Uout分 成3個檔次
Uout-Uk=I表示出口速度小于3公里/小時；Uout-Uk=2表示出口速度大于5公里/小 時；Uout-Uk=O表示出口速度在3公里/小時 5公里/小時之間，即Uout-Uk= {0,1,2}；
A2、對模糊控制參數(shù)表R中的每個控制參數(shù)進(jìn)行編碼設(shè)計，用五位二進(jìn)制碼表示每個 控制參數(shù)，其中一位為控制位，其余四位為參數(shù)表示位，所有控制參數(shù)串接成一條“染色 體”；按照上述方法，隨機(jī)生成多條“染色體”，所述多條“染色體”構(gòu)成一個“種群”，計算該 “種群”中每個“染色體”的適應(yīng)度；
A3、對當(dāng)前“種群”進(jìn)行選擇遺傳運算，即計算該“種群”中每個“染色體”被選擇的概率 Ps，并將概率Ps大于閾值的“染色體”作為最優(yōu)個體保存，刪除“種群”中的其余“染色體”； 更新“種群”；其中，所述閾值為根據(jù)實際情況設(shè)定好的值；
A4、對當(dāng)前“種群”進(jìn)行交叉遺傳運算，即計算該“種群”的交叉概率Pc，然后以此概率 Pc隨機(jī)單點交叉兩個“染色體”；更新“種群”；
A5、對當(dāng)前“種群”進(jìn)行變異遺傳運算，即計算該“種群”中每個“染色體”的變異概率 Pm，并以此概率Pm隨機(jī)變異“種群”中的“染色體”；更新“種群”；
A6、計算當(dāng)前“種群”中每個“染色體”的適應(yīng)度，判斷該“種群”是否滿足中止準(zhǔn)則若 是，則執(zhí)行A7 ；否則，返回執(zhí)行A3 ；
A7、選擇當(dāng)前“種群”中的最優(yōu)個體作為優(yōu)化結(jié)果，并用該最優(yōu)個體對模糊控制理論中 的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行更新替換。所述適應(yīng)度，是指在優(yōu)化計算群體中，各個個體有可能達(dá)到或接近于最優(yōu)解的優(yōu) 良程度，適應(yīng)度越高的個體遺傳到下一代的概率越大，反之越小。群體的進(jìn)化就是以群體中 各個個體的適應(yīng)度為依據(jù)，通過反復(fù)過程，不斷地尋找出適應(yīng)度較大的個體，最終得到問題 的最優(yōu)解或次最優(yōu)解。度量個體適應(yīng)度的函數(shù)稱為適應(yīng)度函數(shù)。這里采用系統(tǒng)出口速度Uout與設(shè)定值Uk差的絕對值之和的相反數(shù)作為適應(yīng)度函 數(shù)，即
適應(yīng)度值<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，Si為群體中第i個體的適應(yīng)度，i=l, 2，…，M，M為“種群”中“染色體”的總數(shù)。模糊控制參數(shù)表R的優(yōu)化設(shè)計是通過遺傳操作實現(xiàn)的，所述遺傳操作包括選擇遺 傳運算、交叉遺傳運算和變異遺傳運算三種操作，其中，選擇遺傳運算的計算公式為
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，η為群體規(guī)模，Ps代表第i個個體被選擇的概率； 交叉遺傳運算的計算公式為其中，K為迭代次數(shù)，Pc(K)為第κ次迭代計算后的交叉概率值，PC(K+1)為第K+1
次迭代計算后的交叉概率值，其中κ=0，1，2，…，Pc(O)為交叉概率初值，它為已知值，W為
變化率；
變異遺傳運算的計算公式為<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，Pn(K)為第K次迭代計算后的變異概率值，PC(K+1)為第K+1次迭代計算后
的變異概率值，其中K=o，1，2，…，Pm(K+1) 為變異概率初值，它為已知值。 本發(fā)明的調(diào)速方法，利用遺傳算法對該系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計，使 之能夠隨著外部條件的變化自動調(diào)整控制參數(shù)，從而設(shè)計出具有自學(xué)能力的模糊控制模 型，系統(tǒng)始終處于最優(yōu)控制狀態(tài)。
權(quán)利要求
基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于它包括測重設(shè)備(1)、第一測速設(shè)備(2)、控制箱(3)、測重計算機(jī)(4)、控制計算機(jī)(5)、驅(qū)動電源(6)及減速裝置(7)；第一測速設(shè)備(2)由N個第一測速傳感器組成，減速裝置(7)由N個減速設(shè)備組成，其中N為正整數(shù)；所述測重設(shè)備(1)，用于獲得車輛的總重量信號，并將所述總重量信號發(fā)送給控制箱(3)；所述車輛包括多節(jié)連掛在一起的車廂；所述第一測速設(shè)備(2)，用于獲得車輛調(diào)速前的速度信號，并將所述速度信號發(fā)送給控制箱(3)；所述控制箱(3)，用于對接收到的總重量信號及速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的總重量信號及速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)(4)；還用于接收來自控制計算機(jī)(5)的控制驅(qū)動量V，并根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源(6)；所述測重計算機(jī)(4)，用于根據(jù)接收到的總重量信號及速度信號計算并獲得每節(jié)車廂的平均重量及車廂的數(shù)量，并將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號發(fā)送給控制計算機(jī)(5)；所述控制計算機(jī)(5)，用于根據(jù)接收到的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量及速度信號，利用模糊控制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱(3)；所述驅(qū)動電源(6)，用于根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制減速裝置(7)的運行；所述減速裝置(7)，用于在驅(qū)動電源(6)控制下啟動或停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于它還 包括第二測速設(shè)備(8)，所述第二測速設(shè)備(8)由N個第二測速傳感器組成，所述減速裝置 (7)由多個現(xiàn)場液壓減速頂組成；所述第二測速設(shè)備(8)，用于獲得車輛調(diào)速后的速度信號，并將所述調(diào)速后的速度信號 發(fā)送給控制箱(3);所述控制箱(3)，還用于對接收到的調(diào)速后的速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的 調(diào)速后的速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)(4);還用于將現(xiàn)場液壓減速頂?shù)拇龁訑?shù)量發(fā)送給 控制計算機(jī)(5);還用于接收減速裝置(7)輸出的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膶嶋H啟動數(shù)量，并將所 述啟動數(shù)量發(fā)送給控制計算機(jī)(5)；所述測重計算機(jī)(4 )，還用于將接收到的調(diào)速后的速度信號轉(zhuǎn)發(fā)給控制計算機(jī)(5 )； 所述控制計算機(jī)(5)，還用于根據(jù)遺傳算法以及接收到的調(diào)速后的速度信號，對模糊控 制理論中的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行優(yōu)化，并用優(yōu)化后的模糊控制參數(shù)表替換模糊控制理論中 的模糊控制參數(shù)表；還用于接收來自控制箱(3)的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量，檢查現(xiàn)場 液壓減速頂?shù)拈_啟數(shù)量是否與待啟動數(shù)量一致若一致，則不作處理；若不一致，則輸出現(xiàn) 場液壓減速頂故障信息；所述減速裝置(7 )，還用于將現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量輸出給控制箱(3 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于它還 包括手動控制臺(9);所述手動控制臺(9)用于通過人工手動控制向控制計算機(jī)(5)輸出手動控制信號； 控制計算機(jī)(5 )，還用于根據(jù)接收到的手動控制信號輸出控制驅(qū)動量V給控制箱(3 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述控制箱(3)由AD轉(zhuǎn)換模塊(3-1)、CPU (3-2)、輸入模塊(3-3)、輸出模塊(3-4)、放大模塊 (3-5)以及電源組成；所述AD轉(zhuǎn)換模塊(3-1)，用于對接收到的各個信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的各個 信號發(fā)送給CPU (3-2)；所述CPU (3-2 )，用于接收AD轉(zhuǎn)換模塊(3-1)輸出的各個信號，并將所述各個信號轉(zhuǎn)發(fā) 至測重計算機(jī)(4);所述輸入模塊(3-3)，用于接收減速裝置(7)輸出的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量，并將 所述現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量發(fā)送給控制計算機(jī)(5 )；所述輸出模塊(3-4)，用于接收來自控制計算機(jī)(5)的控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū) 動量V發(fā)送給放大模塊(3-5)；所述放大模塊(3-5)，用于對所述控制驅(qū)動量V進(jìn)行放大，然后將放大后的控制驅(qū)動量 V轉(zhuǎn)發(fā)至驅(qū)動電源(6);所述電源，用于向AD轉(zhuǎn)換模塊(3-1)、CPU (3-2 )、輸入模塊(3-3 )、輸出模塊(3-4 )及放 大模塊(3-5)提供工作電源。
5.如權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，其特征 在于它的過程如下步驟一、在編組場的駝峰上設(shè)置測重設(shè)備(1)，在駝峰至股道區(qū)之間的每一條股道的入 口處設(shè)置一個第一測速傳感器，并在每一條股道上設(shè)置一個減速裝置(7)；步驟二、首先利用測重設(shè)備(1)獲得車輛的總重量信號，并將該總重量信號發(fā)送至控制 箱(3)；然后令車輛自駝峰上向下溜放，當(dāng)車輛經(jīng)過某一條股道的入口時，利用位于該入口 處的第一測速設(shè)備(2)獲得車輛當(dāng)前的速度信號，并將該速度信號發(fā)送至控制箱(3)；步驟三、控制箱(3)對接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后 的總重量信號和速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)(4)；步驟四、測重計算機(jī)(4)根據(jù)接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行計算，獲得每節(jié)車廂 的平均重量及車廂的數(shù)量，然后將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度 信號發(fā)送給控制計算機(jī)(5)；步驟五、控制計算機(jī)(5)根據(jù)車輛的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號， 利用模糊控制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱(3)；步驟六、控制箱(3)根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源(6)，然后驅(qū) 動電源(6)根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制位于該條股道上的減速裝置(7)啟動，進(jìn)而實 現(xiàn)對車輛進(jìn)行減速。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，其特 征在于步驟五中所述的根據(jù)車輛的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號，利用 模糊控制理論獲得控制驅(qū)動量V的具體過程為令G表示每節(jié)車廂的平均重量，Uint表示車輛在控制點入口的速度，也即調(diào)速前的速 度，Uk表示起控速度，R表示模糊控制參數(shù)表，則控制驅(qū)動量V根據(jù)下式獲得<formula>formula see original document page 3</formula>
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，其特 征在于G= {0，1，2，3，4}，即每節(jié)車廂的平均重量分成5個檔次G=0表示重量信息丟失或測重設(shè)備故障；G=1表示每節(jié)車廂的平均重量小于30噸；G=2 表示每節(jié)車廂的平均重量在30噸 45噸之間；G=3表示每節(jié)車廂的平均重量在45噸飛0噸 之間；G=4表示每節(jié)車廂的平均重量大于60噸；Uint-Uk={0,1,2},即車輛在控制點入口的速度分成3個檔次 Uint-Uk=0表示速度錯誤或測速設(shè)備故障；Uint-Uk=l表示Uint>Uk，即入口速度大于 起控速度；Uint-Uk=2表示Uint<=Uk，即入口速度小于起控速度； 則控制驅(qū)動量V分成3個檔次，即V={0，1，2}: V=0表示容錯處理；V=1表示控制驅(qū)動；V=2表示不控制。
8.如權(quán)利要求2所述的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，其特征 在于它的過程如下步驟一、在編組場的駝峰上設(shè)置測重設(shè)備(1)，在駝峰至股道區(qū)之間的每一條股道的入 口處設(shè)置一個第一測速傳感器，并在每一條股道上設(shè)置多個現(xiàn)場液壓減速頂，在每一條股 道的出口處安裝一個第二測速傳感器；步驟二、首先利用測重設(shè)備(1)獲得車輛的總重量信號，并將該總重量信號發(fā)送至控制 箱(3)；然后令車輛自駝峰上向下溜放，當(dāng)車輛經(jīng)過某一條股道的入口時，利用位于該入口 處的第一測速傳感器獲得車輛當(dāng)前的速度信號，并將該速度信號發(fā)送至控制箱(3);步驟三、控制箱(3)對接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后 的總重量信號和速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)(4)；步驟四、測重計算機(jī)(4)根據(jù)接收到的總重量信號和速度信號進(jìn)行計算，獲得每節(jié)車廂 的平均重量和車廂的數(shù)量，然后將計算獲得的每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度 信號發(fā)送給控制計算機(jī)(5);步驟五、控制計算機(jī)(5)根據(jù)每節(jié)車廂的平均重量、車廂的數(shù)量以及速度信號，利用模 糊控制理論獲得控制驅(qū)動量V，并將所述控制驅(qū)動量V輸出給控制箱(3)；步驟六、控制箱(3)根據(jù)所述控制驅(qū)動量V輸出電源驅(qū)動信號給驅(qū)動電源(6)，然后驅(qū) 動電源(6 )根據(jù)接收到的電源驅(qū)動信號控制減速裝置(7 )對車輛進(jìn)行減速；減速裝置(7 )還 將現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)輸出給控制箱(3)；步驟七、當(dāng)車輛經(jīng)過該條股道的出口時，利用位于該出口處的第二測速傳感器獲得車 輛調(diào)速后的速度信號，并將該調(diào)速后的速度信號發(fā)送至控制箱(3 )；步驟八、控制箱(3)對接收到的調(diào)速后的速度信號進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的調(diào)速 后的速度信號發(fā)送給測重計算機(jī)(4);控制箱(3)還將接收到的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量 數(shù)據(jù)發(fā)送給控制計算機(jī)(5)；步驟九、測重計算機(jī)(4)將接收到的調(diào)速后的速度信號轉(zhuǎn)發(fā)給控制計算機(jī)(5)； 步驟十、控制計算機(jī)(5)根據(jù)遺傳算法以及接收到的調(diào)速后的速度信號，對模糊控制理 論中的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行優(yōu)化，并用優(yōu)化后的模糊控制參數(shù)表替換模糊控制理論中的模 糊控制參數(shù)表；控制計算機(jī)(5)還根據(jù)接收到的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)膯訑?shù)量數(shù)據(jù)，檢查減 速裝置(7)的現(xiàn)場液壓減速頂?shù)拈_啟數(shù)量是否合格若合格，則不作處理；若不合格，則對 現(xiàn)場液壓減速頂?shù)拈_啟數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，其特征在于步驟十中所述的根據(jù)遺傳算法以及接收到的調(diào)速后的速度信號，對模糊控制理論中 的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行優(yōu)化，并用優(yōu)化后的模糊控制參數(shù)表替換模糊控制理論中的模糊控 制參數(shù)表的具體過程為A1、參數(shù)模糊化，令G表示每節(jié)車廂的平均重量，Uout表示車輛在控制點出口的速度， 也即調(diào)速后的速度，Uk表示起控速度，R表示模糊控制參數(shù)表，將調(diào)速后的速度信號Uout分 成3個檔次Uout-Uk=l表示出口速度小于3公里/小時；Uout-Uk=2表示出口速度大于5公里/小 時；Uout-Uk=0表示出口速度在3公里/小時 5公里/小時之間，即Uout-Uk={0,1,2}；A2、對模糊控制參數(shù)表R中的每個控制參數(shù)進(jìn)行編碼設(shè)計，用五位二進(jìn)制碼表示每個 控制參數(shù)，其中一位為控制位，其余四位為參數(shù)表示位，所有控制參數(shù)串接成一條“染色 體”；按照上述方法，隨機(jī)生成多條“染色體”，所述多條“染色體”構(gòu)成一個“種群”，計算該 “種群”中每個“染色體”的適應(yīng)度；A3、對當(dāng)前“種群”進(jìn)行選擇遺傳運算，即計算該“種群”中每個“染色體”被選擇的概率 Ps，并將概率Ps大于閾值的“染色體”作為最優(yōu)個體保存，刪除“種群”中的其余“染色體”; 更新“種群”；A4、對當(dāng)前“種群”進(jìn)行交叉遺傳運算，即計算該“種群”的交叉概率Pc，然后以此概率 Pc隨機(jī)單點交叉兩個“染色體”；更新“種群”；A5、對當(dāng)前“種群”進(jìn)行變異遺傳運算，即計算該“種群”中每個“染色體”的變異概率 Pm，并以此概率Pm隨機(jī)變異“種群”中的“染色體”；更新“種群”；A6、計算當(dāng)前“種群”中每個“染色體”的適應(yīng)度，判斷該“種群”是否滿足中止準(zhǔn)則若 是，則執(zhí)行A7 ；否則，返回執(zhí)行A3 ；A7、選擇當(dāng)前“種群”中的最優(yōu)個體作為優(yōu)化結(jié)果，并用該最優(yōu)個體對模糊控制理論中 的模糊控制參數(shù)表進(jìn)行更新替換。
全文摘要
基于遺傳算法的鐵路車輛的自動調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)速方法，涉及鐵路自動調(diào)速領(lǐng)域，解決了應(yīng)用“精確控制”理論構(gòu)建的鐵路自動減速設(shè)備及方法對勾車進(jìn)行自動調(diào)速時，存在調(diào)速結(jié)果差、不準(zhǔn)確的問題。所述自動調(diào)速系統(tǒng)包括測重設(shè)備、第一測速設(shè)備、控制箱、測重計算機(jī)、控制計算機(jī)、驅(qū)動電源及減速裝置；當(dāng)車輛從駝峰上向下溜放時，測重計算機(jī)通過測重設(shè)備和第一測速設(shè)備計算出每節(jié)車廂的重量和車廂數(shù)量，將此信息傳遞給控制計算機(jī)，控制計算機(jī)據(jù)此再結(jié)合測速設(shè)備所測速度，通過驅(qū)動電源對調(diào)速設(shè)備進(jìn)行控制，由調(diào)速設(shè)備對車輛車輪制動，從而達(dá)到對車輛調(diào)速的目的。本發(fā)明可應(yīng)用于鐵路車輛調(diào)速領(lǐng)域。
文檔編號B61L1/02GK101830238SQ201010199438
公開日2010年9月15日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者姬云東 申請人:姬云東