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自动化学报 2025年

作者：王荣笙袁志明闫璐吕宜生丁舒忻中国铁道科学研究院集团有限公司科学技术信息研究所中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心高速铁路行车调度实验室中国铁道科学研究院集团有限公司科技和信息化部中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室

多列车运行态势是列车调度员和司机分别调整运行图和列车驾驶策略的关键信息和重要依据,表征各列车在未来运行各位置处的速度、加速度、通过时刻等信息.然而,由于高铁信号系统的交互信息利用率较低,列车调度员和司机只能凭经验推演多列... 详细信息

多列车运行态势是列车调度员和司机分别调整运行图和列车驾驶策略的关键信息和重要依据,表征各列车在未来运行各位置处的速度、加速度、通过时刻等信息.然而,由于高铁信号系统的交互信息利用率较低,列车调度员和司机只能凭经验推演多列车运行态势,基于此给出的运行图和列车驾驶策略的自动化程度较低,影响了铁路运营效率.为此,针对多列车运行态势推演问题,构建多列车运行态势推演系统架构及模型.以单列车运行态势的离线推演和在线推演方法为基础,提出多列车运行态势微观推演方法,以及基于虚拟编队模式的多列车运行态势宏观实时推演方法.仿真结果表明,微观推演方法能在420 s内计算多列车超速防护曲线和运行图调整的安全下界.宏观推演方法针对任意临时限速场景,都能在7 s内为列车调度员和司机分别实时提供列车运行调整方案和辅助驾驶策略,有效降低了铁路人员的工作强度,提升了高铁运营效率和应急处置能力.

关键词：高速铁路多列车运行态势列车运行调整列车速度曲线优化高速铁路调度控制一体化

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基于神经网络自适应滑模的列车运行控制及COA轨迹优化

基于神经网络自适应滑模的列车运行控制及COA轨迹优化

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作者：蔡晨大连交通大学

学位级别：硕士

高速铁路作为我国重要基础设施、国民经济建设的主要支撑和人民日常生活的主要运输工具,对保障我国政策落实高效、推动地方经济高质量增长、提供安全、舒适、准时、便利的交通方式发挥着巨大作用。由于当前中国高速列车发车次数、运营... 详细信息

高速铁路作为我国重要基础设施、国民经济建设的主要支撑和人民日常生活的主要运输工具,对保障我国政策落实高效、推动地方经济高质量增长、提供安全、舒适、准时、便利的交通方式发挥着巨大作用。由于当前中国高速列车发车次数、运营速度大幅度增加,高速铁路网中列车高速、高密度、高能耗的运行成为新常态,因此,设计合理有效的高速列车跟踪控制方法和节能优化方法,对实现高速列车安全平稳、节能减排运行具有重要意义和实用价值。本文主要研究了高速列车运行过程的控制与节能优化问题,分别从实现精准跟踪控制和优化跟踪运行曲线两方面进行研究。具体研究内容如下:(1)建立单质点列车运动学模型,总结了列车运行操纵策略与转换原则,对停车准确性、列车准时性、舒适度、牵引能耗等指标进行了分析建模,并依据这些指标建立了列车速度曲线节能优化模型,为列车跟踪控制和跟踪速度曲线优化提供了基础。(2)针对列车运动模型的不确定性和具有外部扰动的高速列车跟踪控制问题,设计了带有干扰观测器的自适应径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络滑模控制方法。针对列车模型不确定性,设计自适应RBF神经网络鲁棒控制器进行跟踪控制,通过RBF神经网络的特性设计神经网络权值自适应律,对列车模型的未知函数进行估计。针对列车运行外部扰动,采用指数收敛干扰观测器进行干扰补偿,提高了列车在运行过程中的抗干扰能力。李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性分析保证了控制系统的稳定性,仿真结果验证了所设计的控制方法不仅解决了列车模型未知阻力部分的自适应逼近,而且在此基础上引入干扰观测器对外部非线性干扰进行补偿,控制器有较强的稳定性,实现了对期望轨迹的高精度快速跟踪。(3)针对高速列车运行过程中能耗优化问题,设计了一种基于郊狼优化算法(Coyote Optimization Algorithm,COA)的高速列车跟踪速度曲线优化方法。郊狼算法优异的全局优化能力,在面向单列车区间运行场景,将高速列车运行操控策略作为研究对象,郊狼优化算法应用于求解列车的多目标优化模型,通过仿真实验得到列车运行操控策略以及最优跟踪速度曲线并结合设计的控制器进行跟踪控制,实验结果充分验证了郊狼算法可以有效地优化列车跟踪曲线,达到列车节能跟踪运行的目的。

关键词：列车跟踪控制自适应神经网络滑模控制干扰观测器列车速度曲线优化

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城市轨道交通的节能优化及SUMO仿真

城市轨道交通的节能优化及SUMO仿真

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作者：孔繁鑫北京工业大学

学位级别：硕士

由于我国城市规模的扩大与人口的聚集,以地铁为代表的城市轨道交通已成为支撑城市公共交通的重要方式之一,被形象地称为“城市血脉”。与此同时,城轨交通每年产生巨大的牵引能耗。列车节能优化运行是降低列车牵引能耗的最有效的措施之一... 详细信息

由于我国城市规模的扩大与人口的聚集,以地铁为代表的城市轨道交通已成为支撑城市公共交通的重要方式之一,被形象地称为“城市血脉”。与此同时,城轨交通每年产生巨大的牵引能耗。列车节能优化运行是降低列车牵引能耗的最有效的措施之一,不仅响应了国家“节约用电,绿色发展”的号召,也提高了城市轨道运营公司的经济效益。列车节能优化运行通常分为列车目标速度曲线优化和列车速度曲线跟踪两个部分。针对列车目标速度曲线优化问题,建立以位置为自变量的列车动力学模型,通过列车位置离散化,将速度曲线优化问题转换为多阶段决策过程,然后利用动态规划逆序解法求解,得到列车站间最优速度曲线。基于线路速度限制、轨道坡度信息对位置进行离散化处理,充分利用线路条件搜索最优的列车站间速度曲线。对列车的速度状态进行缩减,提高了动态规划算法的搜索效率,减少了求解时间。结合列车实际运行情况,改进列车位置的离散化规则,适当缩小列车牵引阶段和制动阶段位置离散的间隔,得到更优的列车站间速度曲线。针对列车速度曲线跟踪问题,给出模型预测控制求解优化问题的一般步骤。假设列车实际运行过程中受到满足均匀分布的随机干扰,分别实现了基于位置的列车速度曲线跟踪和基于时间的列车速度曲线跟踪。其中,基于位置的列车速度曲线跟踪没有考虑优化问题的求解时间。基于时间的速度曲线跟踪通过将上一步最优控制序列的第二个控制系数作为列车当前阶段的控制系数,考虑了优化问题的求解时间,实现了可用于实际控制的列车速度曲线跟踪。开发基于SUMO的多列车运行平台。从Open Street Map下载北京地铁亦庄线地图作为道路文件,将实际的列车时刻表作为需求文件,模仿亦庄线列车的实际运营情况。通过Python接口获取列车当前状态并控制列车的运行,实现列车的在线控制。

关键词：列车速度曲线优化动态规划列车速度曲线跟踪模型预测控制 SUMO仿真

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