[發明專利]一種重載列車運行的多目標優化方法

有效

• 申請號: 201810522692.4
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108764571B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 王青元;白寶雪;孫鵬飛;郭佑星;朱宇清;馮曉云
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;B61L27/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種重載列車運行的多目標優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：獲取待優化區段數據，包括機車、車輛信息、編組信息、線路數據、線路限速和時刻表數據；

S2：初始化目標函數的權重集，以及S1中的相關數據；

S3：針對待優化線路范圍內的各段長大下坡道的列車運行優化進行數值求解，獲得節能優化曲線；

所述S3包括如下子步驟：

S3.1獲得當前求解狀態，初始為緩解狀態；

S3.2根據工況進入制動狀態或緩解狀態的牽引計算模型的求解過程；

S3.3每次狀態計算完成后，若長大下坡道求解完成，結束；否則更改當前求解狀態，返回步驟S3.2；

所述S3中長大下坡道路況的數值求解規則包括：1.貨運列車在長大下坡道的最優操縱策略為“全電制-空電聯合-全電制”周期性制動控制策略；2.全電制工況的保持時間為列車所需的緩解再充風時間和列車下次空氣制動的空走時間之和，根據需要加上一定的安全裕量；3.全電制工況的末速度為線路限速；4.長大下坡道末端最優工況為全電制工況；

S4：針對非長大下坡道的多目標平衡調節，綜合利用二次規劃模型和權重自適應調整方法，獲得滿足運行指標的平穩、節能優化曲線；

所述S4包括如下子步驟：

S4.1獲取給定運行指標和初始目標速度集、初始權重集；

S4.2根據權重值進行QP(Quadratic Programming)算法求解，并計算得出相應的性能指標；

S4.3將求解的運行性能指標與給定性能指標做比較，滿足則計算結束，不滿足則進一步判斷，通過一定的權重調整規則修正權重集，返回步驟S4.2；

所述S4.2的QP算法基于列車牽引計算模型，其運動學方程為

其中ξ為加速度系數，c為列車單位合力；

所述的QP算法包括目標函數和約束條件兩大類形，如：

subject to A_eq·x＝b_eq

Cx≤d

其中目標函數包括節能參數：列車能耗EC、準點參數：速度跟蹤性dE和平穩參數：力的變化量dF，并通過節能權重λ₁、準點權重λ₂和平穩權重λ₃加權，計算公式為

其中約束條件包括等式約束和不等式約束，等式約束包括：基于能量守恒定律、列車基本阻力模型、線路附加阻力模型和牽引力/制動力計算模型，其表達式為

E_k＝E_k-1+(T_k-B_k-W_k)Δs

不等式約束包括：基于線路限速、列車牽引力/制動力特性、電分相約束、力的變化率約束，其約束集形式可描述為

所述目標函數中針對準點性的目標速度設定，根據線路的上坡道、下坡道結合線路高限速、低限速設定不同階段的目標速度；

所述的列車的運行指標包括：運行時間、列車能耗、列車動能變化量和列車力變化量；

所述的非長大下坡道的權重自適應調整方法針對列車的運行指標，首先通過給定的運行指標優先級確定相應指標的精度容許值，擬合獲得列車運行指標與相應權重的函數關系或變化規律；然后通過QP計算的預測運行指標與給定運行指標比較，根據誤差方向和前一步的函數/規律確定下一次迭代計算的權重大小；

所述的非長大下坡道的權重自適應調整方法中針對準點性的調節分為兩步，一是目標速度和準點權重值在廣范圍的粗調節，二是目標速度下的準點權重的細調節；

所述的長大下坡道優化結果中的平均速度、始末速度和始末牽引制動力作為二次規劃求解的約束條件，從而實現長大下坡道優化結果與非長大下坡道優化結果的平穩過渡；

S5：對S3與S4求解的曲線結果，進行滿足列車運行平穩的過渡連接；

S6：輸出完整的列車速度優化曲線。

2.根據權利要求1所述的一種重載列車運行的多目標優化方法，其特征在于：S1中所述優化區段數據包括：線路數據、坡道數據、曲線數據、長短鏈數據和電分相數據；所述坡道數據是起止點公里標和線路坡度，曲線數據是起止點公里標和曲線半徑，長短鏈數據是公里標和長度，電分相數據是起止點公里標。

3.根據權利要求1所述的一種重載列車運行的多目標優化方法，其特征在于：S2中所述的數據初始化包括：由機車、車輛信息得出列車靜態總重、列車總長；離散化優化區段起點到終點范圍內的坡道數據、曲線數據；根據列車總長修正線路限速數據，計算高限速到低限速的速度安全防護曲線；基于長大下坡道的識別，確定坡道分區表。