一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节能优化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节能优化方法，属于地铁列车节能技术领域，主要应用于地铁列车自动驾驶控制。包括以下步骤：通过模拟列车的四种工况运行，对线路进行预规划，建立列车操纵优化模型，采用动态规划算法求解列车牵引能耗的全局最优值，输出列车节能运行曲线。本发明专利技术的特点如下：针对当前列车节能控制智能优化研究中普遍采用时间空间均匀离散化的建模方法，但由于离散点过多容易导致维数灾的问题。采用本发明专利技术可以减少离散点的同时减少无效的状态个数，进而节省了算法在搜索过程中计算无效状态转移的时间，达到提升算法计算时间的目的。

An Energy-saving Optimization Method for Metro Trains Based on Dynamic Programming with Decomposition of Working Conditions

【技术实现步骤摘要】
一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节能优化方法
本专利技术涉及到地铁列车节能
，针对当前列车节能控制智能优化研究中普遍采用时间空间均匀离散化的建模方法，但由于离散点过多容易导致维数灾的问题，提出一种基于工况分解动态规划算法的地铁节能优化算法。通过模拟列车的四种工况运行，对线路进行预规划，建立列车操纵优化模型，采用动态规划算法求解列车牵引能耗的全局最优值。
技术介绍
城市轨道交通的耗电量巨大，随着里程的增加，城市轨道交通的能源消耗激增，节能成为城市轨道交通可持续发展的关键问题之一。其中列车牵引能耗占据地铁系统接近总能耗的一半，是最大的总消耗占比。因此研究如何在保证地铁准时运营的同时降低地铁的耗能显得尤为重要。进十年来，城市轨道交通节能研究的热点问题是在保证列车按运行图运行的前提下降低列车的牵引能耗。研究中普遍采用时间空间均匀离散化的建模方法，通常情况下，将线路以每一分段内的限速和坡度相同为原则划分若干份，然后再根据分段内不同的坡度和限速信息指定相应的控制策略。然而，在动态规划算法的应用中，过多的离散点容易维数灾，算法运行时间过长；此外前人的研究中，没有加入列车的工况变化情况。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节能优化方法，其特征包括以下步骤：步骤1：获取列车行驶线路数据，列车牵引特性，列车信息，建立列车运动学模型；列车行驶线路数据包括坡度、限速、距离；列车信息包括车重，最大牵引，基本阻力；步骤2：根据列车的牵引特性和制动特性曲线，分别模拟列车的四种不同的工况运行，建立列车的工况分解节能优化操纵模型；四种不同的工况包括牵引，制动，惰行，匀速；步骤3：根据列车的线路节能操纵模型确定线路的离散点个数，初始化列车状态fk(s,v,t,e)；步骤4：将运行速度离散化；根据各阶段对应的限速值，取间隔Δv得出每一个离散点上可能的速度vk，其中速度为{0，Δv，2Δv，…...

【技术特征摘要】
1.一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节能优化方法，其特征包括以下步骤：步骤1：获取列车行驶线路数据，列车牵引特性，列车信息，建立列车运动学模型；列车行驶线路数据包括坡度、限速、距离；列车信息包括车重，最大牵引，基本阻力；步骤2：根据列车的牵引特性和制动特性曲线，分别模拟列车的四种不同的工况运行，建立列车的工况分解节能优化操纵模型；四种不同的工况包括牵引，制动，惰行，匀速；步骤3：根据列车的线路节能操纵模型确定线路的离散点个数，初始化列车状态fk(s,v,t,e)；步骤4：将运行速度离散化；根据各阶段对应的限速值，取间隔Δv得出每一个离散点上可能的速度vk，其中速度为{0，Δv，2Δv，…，(mk-1)Δv，vlimk}步骤5：遍历阶段相邻节点上的状态值fk,p与fk+1,q，根据状态转移公式计算出每一阶段初始节点到末端节点发生状态转移的能耗消耗和运行时间，分别记录在ECk和TCk矩阵中；步骤6：遍历阶段k中节点Sk上所有的可能状态fk,p；从初始状态开始，即f1,1，由上一阶段的状态计算下一状态的可能状态；步骤7：反复重复步骤5和步骤6，直到遍历到最终状态阶段n；最终输出最优操纵序列，获取列车最优运行速度曲线及相关数据。2.根据权利要求1所述的一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节能优化方法，其特征在于步骤1中列车运动学模型表示为：式中，M为列车的质量；F(v)为列车牵引力；B(v)为列车制动力；W(v,x)为列车运行阻力。3.根据权利要求1所述的一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节能优化方法，其特征在于步骤2中牵引特性曲线和制动特性公式如下：牵引力根据对应牵引特性曲线经拟合表示为：其中，F(v)为列车牵引力；v是列车的速度；K1是最大牵引力，是确定的常数；m,n,p,q为各次项拟合系数；同样其制动力经拟合后的结果表示为：其中，B(v)为列车的制动力；K2是最大制动力，是确定的常数；d,e,f为各次项拟合系数；根据获得的列车牵引和制动特性曲线，根据列车在四种工况的运动模型模拟计算列车的速度、时间和运行距离；牵引阶段：式中：Δt为时间步长，ai为列车第i个运行距离的加速度，vi和vi+1是第i和i+1的列车速度，Si和Si+1是第i和i+1的列车运行距离，F(vi)为列车速度为vi时列车牵引力，W(vi)为列车速度为vi时所受阻力，M为列车质量；制动阶段：式中：B(vi)为列车速度为vi时制动牵引力；惰行阶段：式中：W(v,x)为列车运行阻力；巡航阶段：4.根据权利要求1所述的一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节能优化方法，其特征在于步骤3中列车状态如下：列车状态fk(s,v,t,e)：式中，fk表示第k阶段的状态变量，表示允许的状态集合；s,v,t,e分别表示第k阶段状态位置到初始点的距离，当前速度，累积时间，累积能耗。5.根据权利要求1所述的一种基于工况分解动态规划算法的地铁列车节...

【专利技术属性】
技术研发人员：王普，彭翊，高学金，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11