移动闭塞系统下重载列车驾驶策略研究

作     者：董姣 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄友能

授予年度：2020年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：移动闭塞系统 重载列车 滞后特性 目标速度曲线 模糊预测控制 

摘      要：随着我国“交通强国战略提出加速铁路货运能力的提高和大宗货物运输向铁路和水运转移的要求,提升重载铁路运输能力已成为迫切的需求。当前我国重载线路普遍采用固定闭塞方式,而移动闭塞技术已在城市轨道交通得到广泛应用,它可以缩短行车间隔,提升线路运输能力。但由于重载铁路和城市轨道交通在运营线路特点上存在较大差别,同时因重载列车和城市轨道交通列车在重量、制动方式以及制动实施过程上的不同,现有用于城市轨道交通移动闭塞系统的牵引制动驾驶策略不能直接应用到重载列车上。因此,开展移动闭塞系统下的重载列车驾驶策略的研究具有重要意义。本文结合我国重载线路和列车特点,从目标速度曲线的生成和速度控制方法的设计出发,开展移动闭塞系统下重载列车驾驶策略的研究。论文的主要工作如下:（1）建立了重载列车动力学模型。分析重载列车牵引、制动系统的滞后特性,基于实验数据建立了牵引/电制动系统滞后模型和空气制动系统滞后模型,并对列车的运行过程进行计算。（2）设计了移动闭塞系统下的重载列车目标速度曲线生成方法。针对平缓坡道运行场景,考虑机车牵引力的限制和实际线路中存在的减速坡道、增速坡道及分相区,基于步长自适应和时间等效算法生成目标速度曲线;针对长大下坡道运行场景,提出了基于改进粒子群算法的目标速度曲线和工况序列生成方法,并根据重载列车的安全平稳操纵规则,建立循环制动和过分相的约束模型。（3）提出了基于模糊预测控制的重载列车速度控制方法。针对重载列车运行中存在的非线性、大滞后、外部扰动问题,结合模糊控制和预测控制设计速度控制器,该控制器以目标速度曲线为参考调节牵引力和电制动力,并根据输入的工况转换序列在长大下坡道和制动停车阶段适时地施加空气制动,实现重载列车的自动控制。（4）搭建了移动闭塞系统下的重载列车驾驶策略验证模型,进而结合朔黄铁路实际线路数据,对列车在平缓坡道和长大下坡道场景下的运行进行了仿真。分析模型输出并与实际驾驶曲线进行对比,结果表明采用本文驾驶策略生成的目标速度曲线在安全性和准时性方面满足实际驾驶需求,生成的工况转换序列与司机实际输出的工况相近,同时,模糊预测控制器的最大跟踪误差为±0.9km/h,控制器在跟踪精度和列车加速度变化率方面表现出良好的控制效果。图52幅,表14个,参考文献76篇。