[發(fā)明專利]一種基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010036565.0
• 申請(qǐng)日: 2020-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111169508A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳陽(yáng)舟;孔繁鑫;詹璟原;尚飛;馮霖龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B61L23/00
• 分類號(hào): B61L23/00;B61L27/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

1.一種基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法，其特征在于，該優(yōu)化方法包括如下步驟：

S1、以列車位置為自變量、速度和時(shí)間為狀態(tài)變量建立列車動(dòng)力學(xué)模型；所述列車模型考慮列車牽引/制動(dòng)力、基本阻力和坡道阻力；

S2、構(gòu)造列車節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題；所述列車節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題為求取列車運(yùn)行牽引力對(duì)運(yùn)行距離積分的最小值；

S3、根據(jù)列車特性將牽引/制動(dòng)力的控制系數(shù)離散化，根據(jù)線路條件將列車位置、速度和時(shí)間離散化構(gòu)成狀態(tài)空間；所述線路條件包括線路長(zhǎng)度、速度限制、軌道坡度及時(shí)刻表規(guī)定的站間運(yùn)行時(shí)間，構(gòu)成優(yōu)化問(wèn)題的約束條件；

S4、確定狀態(tài)遞推方程，用離散動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法搜索對(duì)應(yīng)的列車節(jié)能速度曲線；所述離散動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法包括動(dòng)態(tài)規(guī)劃正向狀態(tài)搜索與反向控制搜索，得到列車最優(yōu)控制序列及節(jié)能最優(yōu)速度曲線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述列車牽引/制動(dòng)力為：

其中，u為牽引/制動(dòng)力的控制系數(shù)，v為列車速度，Tra(v)為列車最大牽引力，Bra(v)為列車最大制動(dòng)力。

所述列車基本阻力為：

R_b(v)＝Av²+Bv+C

其中，第一項(xiàng)表示列車空氣阻力，后兩項(xiàng)表示列車機(jī)械阻力，參數(shù)A,B,C由列車型號(hào)和質(zhì)量確定。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述列車坡道阻力為：

R_g(s)＝Mgsinθ(s)

其中，s為列車位置，M為列車質(zhì)量，g是重力加速度，θ(s)為軌道傾角。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述列車動(dòng)力學(xué)模型為：

其中，t為列車行駛時(shí)間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述列車節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題為：

其中，J為站間總能耗，S為線路長(zhǎng)度，f⁺(u,v)為非負(fù)函數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方法在所述步驟S3前，可以利用最大速度曲線與最小速度曲線對(duì)狀態(tài)空間進(jìn)行縮減；所述最大速度曲線為滿足軌道限速與終點(diǎn)停車的條件下，列車按照最大牽引力運(yùn)行產(chǎn)生的速度曲線；所述最小速度曲線為滿足乘客出行需求的條件下，運(yùn)營(yíng)公司規(guī)定的列車最小速度曲線。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述優(yōu)化問(wèn)題的約束條件為：

其中，T為時(shí)刻表規(guī)定的站間運(yùn)行時(shí)間，T_a為允許的到站時(shí)間偏差，v(0),t(0)分別為列車起始位置的速度和時(shí)間，v(S),t(S)分別為列車終端位置的速度和時(shí)間，V_min(s),V_max(s)分別為列車最小速度曲線和最大速度曲線對(duì)應(yīng)的速度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置離散化動(dòng)態(tài)規(guī)劃的列車節(jié)能速度曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述位置離散化考慮線路速度限制、軌道坡度、最大速度曲線、等間隔劃分；速度、時(shí)間和列車控制系數(shù)分別以Δv,Δt,Δu等間隔離散化；位置離散化中，線路速度限制變化、軌道坡度變化、最大速度曲線達(dá)到和偏離線路速度限制的位置為關(guān)鍵位置，由線路條件確定，不可刪減；等間隔劃分的位置為次要位置，調(diào)整劃分間隔的長(zhǎng)度可以改變動(dòng)態(tài)規(guī)劃總的階段數(shù)。