移动闭塞条件下高速列车追踪运行控制算法研究

作     者：张宏强 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟建军;李永宏

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高速列车 移动闭塞 追踪运行 多目标优化 控制算法 

摘      要：近年来,高速铁路因其舒适、快捷、安全、快速等优点,在我国得到了迅速发展。高速列车追踪运行除了安全性外,还应满足准点、精准停车、舒适、高效的多目标运行要求。然而,高速列车追踪运行过程极其复杂、运营环境突发多变,基于运行速度距离曲线的人工驾驶操纵策略,无法满足上述多目标优化控制要求。另外,目前我国普遍采用的是高速列车在固定闭塞系统(Fixed Block System,FBS)和准移动闭塞系统(Quasi Moving Block System,QMBS)下的追踪运行,基于移动闭塞系统(Moving Block System,MBS)下的高速列车高速度高密度地追踪运行是其发展趋势。针对以上问题,为了保证高速列车安全、准点、舒适、高效运行,本文将研究列车在普通闭塞(FBS与QMBS)与MBS下追踪运行多目标优化控制。其主要研究内容如下:(1)详细阐述了FBS、QMBS与MBS的基本概念、主要特征与功能等方面,建立了列车在FBS、QMBS与MBS下运行的最小追踪间距与最小追踪时间。(2)深入研究了高速列车运行牵引计算、各优化评价指标数学描述。分析了牵引力、制动力、阻力的计算方法,构建了列车单质点动力学模型;阐述了列车工况转换原则以及操纵策略,并描述了安全、准点、精准停车、舒适、高效各目标评价函数。(3)深入研究了列车在普通闭塞(FBS、QMBS)下追踪运行时的多目标优化操纵方法。首先结合预测控制、模糊控制与PID控制各自的优点,集成一种预测模糊PID控制算法。以准时性、精准停车、舒适性为目标构建多目标模型;然后运用遗传算法优化该模型,依据MATLAB软件仿真获得列车运行目标曲线;最后利用Simulink模块搭建PID控制器、模糊PID控制器和预测模糊PID控制器仿真模型,获得其对应的追踪曲线。对比后可知:预测模糊PID控制算法在提高其准时性、舒适性与停车精确性方面更有效。(4)深入研究了高速列车在MBS下追踪运行的多目标优化问题。首先分析了MBS的基本原理,构建了安全间距模型与其追踪运行的线路模型,建立了以高效性、舒适性、准时性等多目标模型;然后针对高速列车高速高密度追踪运行过程,集成了改进灰色预测模糊PID控制算法;最后用MATLAB仿真模拟,得到优化前后追踪运行曲线,经过一系列比较,表明运用改进灰色预测模糊PID控制算法不仅能确保高速列车在高密度、高速度追踪运行时的安全性,而且也能改善准点性、舒适性以及高效性。