高速列车节能运行控制系统的研究

【摘要】：随着我国高速铁路规模和运输量的增加,使得我国铁路运输的能耗总量日益增大。为了更好建设资源节约型、环境友好型社会,降低列车运行过程中的能源消耗,研究列车的节能降耗问题迫在眉睫。列车能耗中最大的组成部分为列车牵引运行能耗,因此,本文致力于解决在一定的机车、车辆、线路等硬件环境和既定的运行图、列车编组计划等运营管理状况下,满足列车运行安全、准时的基础上,通过改进机车的操纵方法来实现高速列车节能运行。 本文从高速列车的力学分析、运动方程入手,建立列车牵引计算数学模型,通过对哈密顿函数的求解推导,得到列车节能运行的最佳控制原则为最大牵引、匀速运动、惰行过程和最大制动这四种运行方式的组合。再对列车特性曲线进行关于速度函数的二次拟合,利用分步积分法求解列车的运行时间、运行距离和运行总能耗,从理论上得到列车节能运行方式的转换点。 结合实际京津城际高速铁路线路数据,按照节能运行最佳控制原则,对高速列车节能运行控制算法进一步优化,基于JAVA环境开发高速列车节能运行仿真平台,以CRH3型高速列车作为仿真对象,考虑到线路附加阻力和线路限速对列车运行的影响,提出更加接近实际的列车节能运行方式。通过将仿真计算结果与列车实测能耗值作对比分析,验证了该算法的正确性和适用性。 最后基于优化的算法,设计开发了高速列车节能运行控制系统,并在列车网络控制系统半实物仿真试验台实验测试,在保证列车运行安全平稳正点的前提下,控制系统能够指导司机用能耗较少的操纵方式驾驶,达到列车节能的目的。 【关键词】：高速列车 节能算法 优化操纵 仿真平台 控制系统
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U268.6
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状与发展12-15
• 1.3 论文主要研究内容15-17
• 第二章 高速列车牵引计算力学基础理论17-27
• 2.1 列车牵引计算单质点模型17-18
• 2.2 列车受力分析18-23
• 2.2.1 列车牵引力分析18-19
• 2.2.2 列车运行阻力分析19-21
• 2.2.3 列车制动力分析21-23
• 2.3 列车运动学方程分析23-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 高速列车节能运行理论计算方法27-39
• 3.1 高速列车运动过程数学模型27-28
• 3.2 节能运行最佳控制原则28-32
• 3.3 节能运行控制优化理论计算32-36
• 3.3.1 列车特性曲线拟合32-33
• 3.3.2 运行时间和运行距离的计算33-34
• 3.3.3 运行能耗模型的理论计算34-36
• 3.4 节能运行控制优化理论算法实例验证36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 高速列车节能运行优化算法的仿真39-53
• 4.1 节能运行算法优化原理描述39-40
• 4.2 节能运行优化算法程序设计40-44
• 4.2.1 牵引加速过程42
• 4.2.2 惰行过程42-43
• 4.2.4 制动和进站过程43-44
• 4.3 高速列车节能运行仿真平台的实现44-50
• 4.3.1 仿真平台总体结构设计45-46
• 4.3.2 仿真软件界面设计46-49
• 4.3.3 仿真运行结果和数据分析49-50
• 4.4 本章小结50-53
• 第五章 高速列车节能控制系统的设计与实现53-69
• 5.0 控制系统功能分析53
• 5.1 系统的结构设计53-54
• 5.2 系统硬件平台介绍54-58
• 5.2.1 节能优化操纵控制单元54-57
• 5.2.2 HMI显示设备57-58
• 5.3 嵌入式控制单元程序设计58-63
• 5.4 系统实验测试与功能验证63-67
• 5.4.1 实验环境平台介绍63-64
• 5.4.2 实验测试结果64-67
• 5.5 本章小结67-69
• 第六章 结论69-71
• 参考文献71-75
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果75-79
• 学位论文数据集7

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