[發明專利]一種基于粒子群算法的列車運行速度曲線節能優化方法

有效

• 申請號: 201610291150.1
• 申請日: 2016-05-05
• 公開（公告）號: CN105785795B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 魏秀琨;李卓玥;賈利民;朱明;張曉中;王騰騰;賀延芳;張靖林;閆冬;呂又冉
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝;段俊峰

本發明公開一種基于粒子群算法的列車運行速度曲線節能優化方法，包括：S1、設置線路數據和列車參數，獲取當前限速等指令，并對線路數據進行離散化處理得到各線路結點；S2、根據線路數據將各線路結點的對應速度范圍進行離散化，并建立速度關聯稀疏矩陣及對應的能耗、時間稀疏矩陣；S3、根據列車節能理論經驗，生成能耗矩陣；S4、利用自適應粒子群算法對列車運行速度曲線進行節能仿真優化。本發明可有效提高列車節能優化精度和優化速度。

技術領域

本發明涉及列車運行控制技術領域。更具體地，涉及一種基于粒子群算法的列車運行速度曲線節能優化方法。

背景技術

鐵路運輸是我國最重要的交通運輸方式之一，它擔負著關系國民經濟和社會發展的重要任務。隨著鐵路建設蓬勃發展，鐵路運輸能源消耗量也呈現總體上升趨勢，其中機車牽引能耗占鐵路運輸能耗的60％～70％。因此，機車牽引系統的節能提效對鐵路運輸節能具有重大意義。以列車的準點、安全運行為前提，在一定的線路、機車和車輛條件下，通過優化列車目標速度曲線可以降低機車牽引能耗，是實現列車節能的一種有效途徑。

傳統優化算法將多目標優化問題通過一定的人為方法轉化為單目標優化問題，然后求解。傳統優化算法一般是針對結構化的問題，有較為明確的問題和條件描述。但是在列車節能這種復雜工程應用中，列車運行狀態變量不能全部用數學公式進行表述。此外，傳統優化算法計算速度較慢，而列車運行速度曲線節能優化尤其是在線優化對優化速度要求較高。

與傳統優化算法對應的是智能算法。智能算法受自然規律的啟迪，根據其原理，模仿求解問題思路。智能算法具有魯棒性好、通用性強、并行高效等優點，越來越廣泛地應用于大型工程領域。但智能算法存在易陷入局部最優，不能充分進行全局搜索的問題。

粒子群算法通過評價、比較、模仿三個過程的互相交融激勵，具備實現簡單、無需梯度信息、沒有許多參數的調節、適應外界環境變化、解決復雜問題的能力。當調整參數設置時其收斂速度及收斂精度有所改善。

因此，需要提供一種基于粒子群算法的列車運行速度曲線節能優化方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于粒子群算法的列車運行速度曲線節能優化方法。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于粒子群算法的列車運行速度曲線節能優化方法，該方法包括如下步驟：

S1、設置線路數據和列車參數，獲取當前限速等指令，并對線路數據進行離散化處理得到各線路結點；

S2、根據線路數據將各線路結點的對應速度范圍進行離散化，并建立速度關聯稀疏矩陣及對應的能耗稀疏矩陣、時間稀疏矩陣；

S3、根據列車節能理論經驗，生成能耗矩陣；

S4、利用自適應粒子群算法對列車運行速度曲線進行節能仿真優化。

優選地，所述線路數據包括坡道起止點公里標、坡度和限速，所述列車參數包括載重、最大允許速度、戴維斯系數、功率、牽引力曲線和制動力。

優選地，步驟S4進一步包括如下子步驟：

S4.1、將列車運行模態轉化成速度控制信號形式表示；

S4.2、根據粒子位置及運行的線路軌跡查詢能耗矩陣計算各線路結點對應實際耗能；

S4.3、計算平衡列車運行時間控制與能耗目標函數的粒子適應度值，得到能耗目標函數的適應度函數，根據適應度函數得到對應的各線路結點的對應速度，生成節能仿真優化的速度控制信號；

S4.4、根據節能仿真優化的速度控制信號提取速度、時間、能耗數據并繪制節能優化的速度曲線圖，完成對列車運行速度曲線的節能仿真優化。