基于無模型自適應(yīng)控制的列車節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行方法研究

【摘要】：節(jié)能減排是目前保持我國國民經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)長期戰(zhàn)略和基本國策,鐵路運(yùn)輸行業(yè)能源消耗量巨大,鐵路運(yùn)輸中的節(jié)能降耗和效率的提高具有重大的實(shí)際意義。針對(duì)列車運(yùn)行中的節(jié)能控制問題,本文結(jié)合預(yù)測(cè)控制理論和最優(yōu)控制理論中的方法,將無模型自適應(yīng)控制方法應(yīng)用于列車節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行控制中,提出了滿足實(shí)際運(yùn)行約束條件的幾種節(jié)能優(yōu)化操作策略和控制方法。 首先,基于傳統(tǒng)的最優(yōu)控制理論提出了一種離線計(jì)算的列車節(jié)能優(yōu)化操縱方法,針對(duì)給定的機(jī)車、車輛和線路情況,可直接得到在整個(gè)運(yùn)行區(qū)間的最優(yōu)解。進(jìn)一步地,以通過離線優(yōu)化計(jì)算得到的速度曲線作為跟蹤目標(biāo),再應(yīng)用無模型自適應(yīng)控制方法可實(shí)現(xiàn)列車的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行控制。 其次,本文的核心內(nèi)容是提出了一種結(jié)合無模型自適應(yīng)控制及預(yù)測(cè)控制的在線計(jì)算的列車節(jié)能優(yōu)化控制方法,并具體給出了三種處理列車運(yùn)行約束的在線算法。該方法將列車節(jié)能優(yōu)化問題描述為在預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)的一個(gè)與能量相關(guān)的新穎的性能指標(biāo)函數(shù),通過優(yōu)化該指標(biāo)函數(shù)得到當(dāng)前的閉環(huán)控制輸入,借助無模型自適應(yīng)控制方法實(shí)時(shí)地更新預(yù)測(cè)模型完成反饋校正,在線地實(shí)現(xiàn)列車節(jié)能優(yōu)化控制。該方法的特點(diǎn)是不依賴列車的數(shù)學(xué)模型,在線地滾動(dòng)求解局部優(yōu)化問題,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。另外,在求解優(yōu)化問題的過程中考慮了列車實(shí)際運(yùn)行過程中受到的準(zhǔn)時(shí)、限速、平穩(wěn)、機(jī)車車輛性能等條件的約束,提出了解決帶約束的列車節(jié)能優(yōu)化問題的三種在線算法：飽和項(xiàng)法、起作用集法和內(nèi)點(diǎn)法。 最后,利用Matlab仿真驗(yàn)證了所提出的各種列車節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行方法的有效性,并分析和比較了在線和離線方法的特點(diǎn)?；谠诰€的列車節(jié)能優(yōu)化操縱方法,開發(fā)了一套列車節(jié)能運(yùn)行指導(dǎo)系統(tǒng)。 【關(guān)鍵詞】：無模型自適應(yīng)控制 預(yù)測(cè)控制 列車自動(dòng)控制 節(jié)能優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：U279.2;U284.48
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 列車節(jié)能優(yōu)化操縱方法研究的背景和意義11-12
• 1.2 列車節(jié)能優(yōu)化操縱方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 論文主要內(nèi)容15-17
• 2 列車運(yùn)行模型及能耗分析17-25
• 2.1 列車運(yùn)行時(shí)的受力分析17-22
• 2.1.1 機(jī)車牽引力17-19
• 2.1.2 列車制動(dòng)力19-20
• 2.1.3 列車運(yùn)行阻力20-21
• 2.1.4 運(yùn)行列車的數(shù)學(xué)模型21-22
• 2.2 列車運(yùn)行約束條件22
• 2.3 列車運(yùn)行的能耗分析22-25
• 3 離線的列車節(jié)能優(yōu)化操縱方法25-37
• 3.1 最優(yōu)控制的理論基礎(chǔ)25-27
• 3.2 基于最優(yōu)控制的列車節(jié)能優(yōu)化操縱方法27-33
• 3.2.1 問題描述27-28
• 3.2.2 算法描述28-33
• 3.3 離線的列車節(jié)能優(yōu)化操縱方法的應(yīng)用33-37
• 3.3.1 列車及線路參數(shù)33-34
• 3.3.2 計(jì)算結(jié)果分析34-37
• 4 基于無模型自適應(yīng)控制的在線列車節(jié)能優(yōu)化控制方法37-57
• 4.1 預(yù)測(cè)控制理論基礎(chǔ)37-38
• 4.2 無模型自適應(yīng)控制理論基礎(chǔ)38-40
• 4.3 無模型自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制及其在列車節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行中的應(yīng)用40-46
• 4.3.1 預(yù)測(cè)模型41-43
• 4.3.2 與能耗相關(guān)的優(yōu)化指標(biāo)43-44
• 4.3.3 在線滾動(dòng)優(yōu)化及反饋校正44-45
• 4.3.4 控制輸入受限及超速防護(hù)的處理45-46
• 4.4 結(jié)合二次規(guī)劃的列車節(jié)能優(yōu)化控制算法46-57
• 4.4.1 利用動(dòng)態(tài)線性化技術(shù)對(duì)列車節(jié)能優(yōu)化問題的轉(zhuǎn)化47-50
• 4.4.2 結(jié)合起作用集法的控制算法50-53
• 4.4.3 結(jié)合內(nèi)點(diǎn)法的控制算法53-57
• 5 列車節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行方法的仿真研究和列車節(jié)能運(yùn)行指導(dǎo)系統(tǒng)57-74
• 5.1 在線列車節(jié)能優(yōu)化控制方法的仿真57-62
• 5.2 基于離線優(yōu)化目標(biāo)速度曲線的跟蹤控制仿真62-64
• 5.3 仿真結(jié)果比較64-67
• 5.3.1 三種在線節(jié)能優(yōu)化控制方法的比較64-66
• 5.3.2 離線與在線節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行的比較66-67
• 5.4 列車節(jié)能運(yùn)行指導(dǎo)系統(tǒng)67-74
• 5.4.1 指導(dǎo)系統(tǒng)概述67-70
• 5.4.2 關(guān)鍵技術(shù)70-74
• 6 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 附錄 A79-81
• 作者簡歷81-85
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集85

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