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1路网中的列车节能操纵优化方法研究(宋体,二号,加粗,居中)付印平,高自友*,李克平(宋体,小四号,居中,各姓名间用逗号分隔)(北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京100044)(宋体,六号,居中,各项目间用逗号分隔)摘要:在铁路网络中,列车运行通过车站时可能会受到其他运行线列车运行的干扰,本文对列车运行受干扰时的节能操纵优化进行了研究。根据问题的数学描述和列车运行动力学方程,建立了最优化模型,并采用变长度染色体遗传算法,结合工况序列表,对问题进行了求解。通过仿真计算,给出了受干扰时列车运行的速度距离曲线,与无干扰时的速度距离曲线进行了比较,分析了速度时间之间的相互变化,并结合能耗距离曲线,揭示了列车节能操纵的一些原则,最后将运算结果与其他方法计算出的结果进行了比较。比较结果表明,变长度染色体遗传算法是一个有效的算法,可以很好地应用在列车节能操纵优化的研究中。(楷体,五号,一般250字左右)关键词:铁路运输;列车节能操纵;遗传算法;列车;工况序列表;列车运行干扰(楷体,五号,请参照“投稿须知”中关键词确定原则)中图分类号:U268.6文献标识码:AAnOptimizationMethodofTrainSavingEnergyOperationinRailwayNetworkFUYin-ping,GAOZi-you,LIKe-ping(StateKeyLaboratoryofRailTrafficControlandSafety,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)Abstract:Inrailwaynetwork,trainswhichmovethroughstationsmaybeinterferedbytrainsinotherlines,thispaperinvestigatestrainsavingenergyoperationininterferencecondition.Accordingtothemathematicaldescriptionoftheproblemandtrainkineticmovementequation,weproposeasavingenergyoptimizationmodel.Thenachangeablechromosomelengthgeneticalgorithmandtableofcontrolmodeslistareappliedtosolvetheproblem.Bysimulationcalculation,thespeed-positioncurveofinterferedtrainisgivenandcomparedwiththatoftrainwhichnormallymoves.Therelationshipofspeedandtimeisanalyzed.Somesavingenergyprinciplesarerevealedbyspeed-positioncurveandenergy-positioncurve.Atlast,thesimulationresultiscomparedwithresultswhichareobtainedbyothermethods.Thecomparisonshowsthechangeablechromosomelengthgeneticalgorithmisaneffectivemethodtoapplyintotrainsavingenergyoperation.Keywords:railwaytransportation;energysavingtrainoperation;geneticalgorithm;train;tableofcontrolmodeslist;trainrunningdisturbanceCLCnumber:U268.6Documentcode:A1引言(黑体,小四号,论文第一段一般固定为“1引言”)能源和交通是我国经济发展的基础。铁路部门能源消耗量很大,且在铁路运输成本中占有很大比重。列车节能操纵优化问题是在保证列车安全、准时的前提下,研究如何操纵列车收到日期:修回日期:录用日期:基金项目:国家自然科学基金(60634010,60776829);长江学者和创新团队发展计划(IRT0605)作者简介:付印平(1973-),男,江西南丰人,博士生*通讯作者:zygao@center.njtu.edu.cn(如果第一作者为学生,通讯作者一般要求为其导师)2以使整个运行能耗最小。因此研究这个问题具有重要的理论意义和实用价值。关于列车节能操纵优化运行问题,目前国内外有较多研究。澳大利亚南澳大学的SCG研究所建立了列车节能控制的能耗模型,并在基于拉格朗日乘子法的求解算法上做了许多工作[1-2]。北京交通大学的丁勇等[3-4]探讨了定时约束条件下的列车节能优化操纵的模型和算法,并对机车工况转化与手柄位确定问题展开了重点研究,------------2问题描述与建模2.1受其他运行线列车干扰时的列车节能操纵优化问题(黑体,五号)本文研究的是具有固定运行时分,运行途中受其他运行线列车干扰时的列车节能操纵优化问题,即:列车从起点出发,初速度00v,运行距离S,到达终点停车,末速度0nv,列车运行时间为T。------------2.2列车运行动力学方程------根据列车的受力分析与牛顿力学定律,可以进行列车运行加速度a、速度v、位置s和能耗E的计算。计算公式为:(公式及相关公式符号用公式编辑器编辑,注意区分符号正斜体、大小写,及公式顺序编号)ca2(km/(h·min))(1)tavvii1(km/h)(2)06.02121tatvssiii(m)(3)EEEii1(kw·h)(4)式中iv为第i个时间步长的初速度,km/h;1iv为第1i个时间步长的初速度,km/h;t为时间步长,min,t取值越小系统计算精度越高;is为列车在第i个时间步长初的位置,------不同工况之间的转换不是任意的,必须满足一定的转换规则,如表1所示,其中○表示可以转换,●表示不可以转换。表1工况转换原则Table1controlmodeswitchprinciples(注意英文表头为Table)当前工况待转换工况牵引惰行制动牵引○○●惰行○○○制动●○○式中isV为列车在第i个时间步长,速度为iv,位置为is时的限速。3------3求解算法从上面的模型可以看出,列车节能操纵优化问题是一个非线性有约束的最优化问题。为方便求解,通常可利用惩罚函数的方法,把约束项加到目标函数中,将有约束问题转变成无约束问题进行求解。------4模拟计算与结果分析------当列车运行途中不受其他列车的干扰时,其速度距离曲线如图2所示。实际运行时间为24.9964min,实际运行距离19599.31m,能耗418.11kw·h。假设C点处为一车站,列车通过C站的时间为17.1125min。为简化计算,没有考虑空气制动时的空走时间以及车站和列车的长度。图2速度距离图Fig.2speedpositiondiagram(注意图英文为Fig.)------5结论(一般论文最后部分为结论)在路网条件下,列车在运行过程中,可能与路网中其他运行线上的列车产生冲突与干扰。本文研究了固定运行时分条件下,列车运行受其他线路上列车运行干扰时的节能操纵优化问题,采用了遗传算法结合工况序列表的方法,对受干扰情况下的列车运行进行了仿真。通过仿真结果,分析了列车运行时速度的变化情况,比较了有干扰和无干扰时列车的运行状况,揭示了列车节能操纵的一些原则,验证了算法的节能优化效果。参考文献(请按照格式要求,特别注意年、卷、期、页码的格式,以及中文参考文献条目翻译成英文时,中文作者名称翻译格式要求等。具体参见“投稿须知”)[1]ChengJX,HowlettPG.ApplicationofCriticalvelocitiestotheMinimisationoffuelconsumptioninthecontroloftrains[J].Automatic,1992,28:165-169[2]HowlettPG.OptimalStrategiesfortheControlofaTrain[J].Automatica,1996,32(4):519-532.[3]丁勇.列车运行计算与操纵优化模拟系统的研究[D].北京交通大学博士学位论文,42004.[DINGY.Studyontrainmovementcalculationandoperationoptimizationsimulationsystem[D].BeijingJiaotongUniversity,2004][4]丁勇,毛保华,刘海东,等.定时约束条件下列车节能操纵的仿真算法研究[J].系统仿真学报,2004,16(10):2241-2244.[DINGY,MAOBH,LIUHDetal.Analgorithmforenergy-efficienttrainoperationsimulationwithfixedrunningtime[J].Journalofsystemsimulation,2004,16(10):2241-2244.][5]金炜东,王自力,李崇维,等.列车节能操纵优化方法研究[J].铁道学报,1997,19(6):58-62.[JINWD,WANGZL,LICWetal.Studyonoptimizationmethodoftrainoperationforsavingenergy[J].JournaloftheChinarailwaysociety,1997,19(6):58-62.][6]饶忠.列车牵引计算(第二版)[M].北京:中国铁道出版社,2002[RAOZ.Traintractioncalculation(thesecondedition)[M].Beijing:Chinarailwaypress,2002]------(顺序列出所有作者的简介)付印平(1973-),男,江西南丰人,北京交通大学交通运输学院博士研究生,主要研究方向为轨道交通流特性分析及控制理论与方法,E-mail:****,通讯地址:****,邮编:100044联系电话:****(手机),****(固定电话)导师:高自友(1963-),男,教授,博士生导师,单位:****,联系电话:****,E-mail:****李克平,职称/职位:****,单位:****,联系电话:****,E-mail:****
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