一種基于矩陣離散算法的地鐵列車優(yōu)化控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市軌道交通車輛優(yōu)化操縱與節(jié)能控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一 種基于矩陣離散算法的地鐵列車優(yōu)化控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵路運(yùn)輸部門一直是國民經(jīng)濟(jì)中耗能最大的單位之一，近年來，隨著我國鐵路與 城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展以及鐵路改革的不斷深化，鐵路部門作為一個(gè)運(yùn)輸服務(wù)提供 商，同其他市場運(yùn)營主體一樣，具有不斷降低成本、爭取最大經(jīng)濟(jì)利潤的使命和責(zé)任。與此 同時(shí)，鐵路運(yùn)輸量的逐年增長以及我國鐵路的大面積提速，列車牽引重量、行駛速度、運(yùn)營 密度也在不斷提高，其消耗的能源不斷增加。如何保證列車安全、舒適、準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行的同時(shí)，最 大限度的減少能源消耗，降低運(yùn)營成本，不僅符合我國鐵路運(yùn)輸發(fā)展的實(shí)際需要，也是響應(yīng) 國家構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然要求，因此對(duì)其進(jìn)行節(jié)能研宄具有重要意義。 而在一定的牽引機(jī)車、車輛、線路等硬件環(huán)境下和既定的運(yùn)行圖、列車編組計(jì)劃等運(yùn)營管理 狀況下，探索列車運(yùn)行能耗計(jì)算方法，以尋找機(jī)車最優(yōu)操縱方式，是一條經(jīng)濟(jì)有效且直接可 行的節(jié)能途徑。
[0003] 目前，國內(nèi)外針對(duì)列車節(jié)能優(yōu)化操縱的研宄所采用的方法主要有遺傳算法、牛頓 迭代法、模擬退火算法、模糊控制算法等，遺傳算法作為全局尋優(yōu)算法，其優(yōu)點(diǎn)在于編程簡 單、魯棒性強(qiáng)、適于并行處理，但單一的遺傳編碼無法系統(tǒng)的全面描述出列車節(jié)能優(yōu)化問題 的約束條件，且遺傳算法在運(yùn)算時(shí)容易出現(xiàn)過早收斂，算法的精度、運(yùn)算復(fù)雜性和可行度也 無法進(jìn)行定量分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)造成一定偏差。牛頓迭代法的原理是利用牛頓迭代法求 解目標(biāo)函數(shù)后，再將求解結(jié)果帶入能耗函數(shù)計(jì)算，迭代效果較好，能夠滿足要求，但該法在 求解目標(biāo)函數(shù)時(shí)，無法保證設(shè)置初始值的合理性，因此需要多次試探求解，每個(gè)初始值均需 要運(yùn)用牛頓迭代法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解并分析，因此增加了求解的難度并延長了求解時(shí) 間。模擬退火算法其優(yōu)點(diǎn)在于容易理解、應(yīng)用靈活、計(jì)算過程簡單并且一般不受初始條件約 束，能夠很好地求解列車運(yùn)行的能耗模型，其不足之處在于收斂速度較慢，執(zhí)行時(shí)間較長， 無法滿足算法運(yùn)算的高效性要求。模糊控制算法具有較好的魯棒性、適應(yīng)性、強(qiáng)健性和容錯(cuò) 性，求解結(jié)果系統(tǒng)和科學(xué)，但模糊控制算法的設(shè)計(jì)尚缺乏理論指導(dǎo)，難以獲得模糊規(guī)則和隸 屬函數(shù)，因此無法保證模糊控制運(yùn)算過程的穩(wěn)定性和精度。
[0004] 隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展和建設(shè)步伐加快，鐵路部門對(duì)地鐵列車運(yùn)行 的安全性、可靠性和節(jié)能環(huán)保性能提出了更高的要求，這就要求在地鐵列車節(jié)能優(yōu)化操縱 研宄中，既要確保地鐵列車精確按照預(yù)設(shè)路線安全、平穩(wěn)運(yùn)行，又要最大限度的節(jié)約運(yùn)行能 耗。而在目前的列車節(jié)能優(yōu)化操縱研宄所采用的方法中，無法同時(shí)保證計(jì)算方法的運(yùn)算精 度高、速度快、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，特別在地鐵列車的節(jié)能優(yōu)化操縱研宄領(lǐng)域其相關(guān)研宄方法 更少，目前大多采用的依然是遺傳算法，因此無法保證地鐵列車高精度、最節(jié)能、安全可靠 運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中列車運(yùn)行過程中不能有效節(jié)能的缺陷，根據(jù)本發(fā)明 的一個(gè)方面，提出一種基于矩陣離散算法的地鐵列車優(yōu)化控制方法。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于矩陣離散算法的地鐵列車優(yōu)化控制方法，包括：獲 取列車運(yùn)行參數(shù)，列車運(yùn)行參數(shù)包括：列車準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)間、站間距離、速度限制條件、加速度限制 條件、列車質(zhì)量，或者列車運(yùn)行參數(shù)還包括：彎道長度、彎道距起點(diǎn)距離、坡度、坡道距起點(diǎn) 距離、坡道長度；對(duì)列車運(yùn)行線路進(jìn)行隔斷分離分析，將列車運(yùn)行線路依次分為一個(gè)或多個(gè) 區(qū)段，區(qū)段至少包括啟動(dòng)階段、勻速階段或減速階段中的一個(gè)或多個(gè)階段；且當(dāng)列車運(yùn)行線 路被分為多個(gè)區(qū)段時(shí)，各個(gè)相鄰區(qū)段之間的銜接點(diǎn)處的速度相同；根據(jù)列車運(yùn)行的不同控 制序列參數(shù)建立離散化矩陣控制模型，離散化矩陣控制模型與列車運(yùn)行線路的區(qū)段是一一 對(duì)應(yīng)的；根據(jù)離散化矩陣控制模型和列車運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算列車運(yùn)行總能耗，確定最優(yōu)控制序 列，并將根據(jù)最優(yōu)控制序列建立的速度曲線導(dǎo)入列車控制單元，最優(yōu)控制序列為列車運(yùn)行 總能耗最低時(shí)所對(duì)應(yīng)的控制序列。
[0007] 在上述技術(shù)方案中，離散化矩陣控制模型中的控制序列參數(shù)包括：啟動(dòng)加速度、最 佳運(yùn)行速度和減速后速度；離散化矩陣控制模型表示為：
[0008]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于矩陣離散算法的地鐵列車優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括： 獲取列車運(yùn)行參數(shù)，所述列車運(yùn)行參數(shù)包括：列車準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)間、站間距離、速度限制條件、 加速度限制條件、列車質(zhì)量，或者所述列車運(yùn)行參數(shù)還包括：彎道長度、彎道距起點(diǎn)距離、坡 度、坡道距起點(diǎn)距離、坡道長度； 對(duì)列車運(yùn)行線路進(jìn)行隔斷分離分析，將列車運(yùn)行線路依次分為一個(gè)或多個(gè)區(qū)段，所述 區(qū)段至少包括啟動(dòng)階段、勻速階段或減速階段中的一個(gè)或多個(gè)階段；且當(dāng)列車運(yùn)行線路被 分為多個(gè)區(qū)段時(shí)，各個(gè)相鄰區(qū)段之間的銜接點(diǎn)處的速度相同； 根據(jù)列車運(yùn)行的不同控制序列參數(shù)建立離散化矩陣控制模型，所述離散化矩陣控制模 型與所述列車運(yùn)行線路的區(qū)段是一一對(duì)應(yīng)的； 根據(jù)所述離散化矩陣控制模型和所述列車運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算列車運(yùn)行總能耗，確定最優(yōu) 控制序列，并將根據(jù)所述最優(yōu)控制序列建立的速度曲線導(dǎo)入列車控制單元，所述最優(yōu)控制 序列為列車運(yùn)行總能耗最低時(shí)所對(duì)應(yīng)的控制序列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述離散化矩陣控制模型中的控制序列 參數(shù)包括：啟動(dòng)加速度、最佳運(yùn)行速度和減速后速度； 所述離散化矩陣控制模型表示為：
其中，M為離散化矩陣控制模型，&1為啟動(dòng)加速度，η為可以取值的啟動(dòng)加速度的總數(shù) 量，且BiS a max;V bi為最佳運(yùn)行速度，m為可以取值的最佳運(yùn)行速度的總數(shù)量，且vbi< Vbmax; ViS減速后速度，k為可以取值的減速后速度的總數(shù)量，且V νΜΧ; 其中，為最大啟動(dòng)加速度，Vbni