重載列車能效最佳化控制

《重載列車能效最佳化控制》是依託武漢大學，由專祥濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：重載列車能效最佳化控制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：專祥濤
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

重載列車運行過程中主要關心的是運行時間、能量消耗和車鉤受力問題，其中也包含著速度控制問題（關係到安全水平）。目前套用的控制器基本上都是開環控制器，而且嚴重依賴於司機的個人判斷能力。從控制系統的角度來看，運行性能很難達到最優。這種運行控制模式也限制了重載列車向高負載水平發展。本課題針對我國的重載列車建立一個適合設計簡單最佳化控制器的列車縱向動力學模型，並研究一種能適應我國國情的重載列車的最佳化運行閉環控制器算法，該算法具有節能特性，將均衡全車車鉤受力，提高列車的安全水平和維護成本。特別要指出的是這種最佳化算法是建立在列車動態運行動力學基礎上的，能夠做到真正的最佳化。該控制算法對於提高線路的運載能力有著重要的意義。在此研究的基礎上還將開發一個重載列車運行的仿真平台。該平台可以用來測試鐵路線路設計的安全水平，規劃列車運行策略等等。

結題摘要

項目通過分析超長重載列車的運動動力學，建立了適合於控制器設計的動力學模型。根據計算機控制系統的需求分析，對列車動力學模型進行了合理的離散化，得到其離散化模型。 結合重載列車運行中需要考慮的能效、安全和維護成本等因素的分析，提出了列車運行控制的目標。在運行控制目標中，重點考慮了列車驅動和剎車能源消耗、車鉤受力、速度跟蹤等。除此外，還特別地考慮了車鉤緩衝器的能量消耗，同時車鉤緩衝器的運行維護成本也在本課題中得到了考慮。相對於驅動能耗，剎車能耗得到了進一步關注，因為剎車不僅僅是能耗的問題，同時也是軌道和車輪維護的重要原因。由於上述幾個目標的量綱不一致，對他們進行了歸一化的處理，從而具備相對可比性。考慮速度跟蹤的實際要求，提出了速度跟蹤誤差懲罰因子的動態設定，從而提高列車的運行性能。 基於重載列車的離散化模型，完成了以模型預測控制為原理的預測控制器算法設計與實現，並開發了相應的仿真平台。算法著重考慮了控制器疊代計算得收斂速度。仿真結果驗證了上述設計方法和算法的可行性。 項目完成了預期的研究內容和研究目標，實現了項目申請時的預期結果。 結合課題進展，撰寫了7篇論文，總結了課題的成果，在SOLI2011、CCDC2012等發表了3篇論文，在中文期刊發表論文1篇，1篇論文投稿於IEEE Trans. on Control Systems Technology已錄用，另外2篇分別投稿於Automatica和IEEE Trans. on Intelligent Transportation Systems。 項目仿真軟體平台申請獲批軟體著作權。隨著項目進展，先後有1名博士研究生和8名碩士研究生參與課題，其中2名碩士研究生以本課題作為畢業論文內容，完成了學位論文。