一种考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法，包括以下步骤：S1：获取列车基础数据，并根据列车基础数据对列车线路进行位置离散；S2：初始化速度离散间隔值和时间成本权重系数；S3：生成最优工况状态空间；S4：根据初始化后的速度离散间隔值和时间成本权重系数，从列车终点站反向搜寻并生成最优状态集；S5：根据最优状态集，生成最优工况曲线；S6：重复步骤S3

【技术实现步骤摘要】
一种考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法


[0001]本专利技术属于列车节能优化控制
，具体涉及一种考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通具有速度快、运量大和人均能耗低等优势，其逐渐成为人们出行首选。截止2021年底，我国城市轨道交通总里程约8939km运营能耗巨大。其中牵引能耗占总能耗的45％～60％。研究列车节能运行策略，降低运行过程中列车牵引系统电能能耗，从而达到节能的目标，其中优化列车速度曲线是目前进行节能研究的重要方向之一。
[0003]以往的大部分研究将列车牵引传动效率看作常数，从而列车轮周机械能耗与牵引系统电能能耗成正比。然而，列车实际运行中电力牵引系统能量传递过程非常复杂，列车牵引传动效率随运行速度和负载动态变化，导致电能损耗随列车机械功率非线性变化，因此考虑系统动态效率模型操纵节能优化问题是高阶非线性问题。
[0004]在列车优化问题求解中，大部分算法是基于最优控制工况结论进行设计，利用庞德里亚金极大值原理，对列车在不同状态条件下的节能运行进行了详细的数学推导，得到不同条件下的最优控制策略。在运行准点约束下，进行列车节能操纵分析，列车的最优控制工况为：全力牵引、恒速、惰行、全力制动。
[0005]通过搜寻最优工况的切换条件与时机得到全局最优运行曲线是当下该问题求解的一般思路，其中解析法求解过程复杂，不适合大规模问题；数值法将问题描述为带约束的规划问题，但由于牵引传动效率模型的高阶非线性，规划问题难以求解；启发式算法在求解过程中搜索速度缓慢且容易陷入局部最优。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法包括以下步骤：
[0008]S1：获取列车基础数据，并根据列车基础数据对列车线路进行位置离散；
[0009]S2：初始化速度离散间隔值和时间成本权重系数；
[0010]S3：生成最优工况状态空间；
[0011]S4：根据初始化后的速度离散间隔值和时间成本权重系数，从列车终点站反向搜寻并生成最优状态集；
[0012]S5：根据最优状态集，生成最优工况曲线；
[0013]S6：重复步骤S3
‑
S5，直至反向搜寻至列车起点，并输出最终的最优工况曲线。
[0014]进一步地，步骤S1中，列车基础数据包括列车重量、列车牵引制动特性、线路限速信息、线路坡道信息、线路站点信息和时刻表信息。
[0015]进一步地，步骤S3包括以下子步骤：
[0016]S31：初始化速度离散间隔值，根据线路限速信息和速度离散间隔值对速度进行离散；
[0017]S32：根据当前位置的速度离散点最优工况曲线簇，并进行曲线超限速处理；
[0018]S33：计算下一位置的速度离散点最优工况曲线簇；
[0019]S34：将当前位置的速度离散点最优工况曲线簇和下一位置的速度离散点最优工况曲线簇的交点作为速度离散点状态空间；
[0020]S35：遍历完成当前位置的速度离散点，将速度离散点状态空间作为最优工况状态空间。
[0021]进一步地，步骤S4中，构建状态转移成本函数，将状态转移成本函数的最小值作为最优状态集。
[0022]进一步地，步骤S4中，状态转移成本函数D
k
的表达式为：
[0023][0024]式中，D
k
‑
(k+1)
＝min(e
k
+γt
k
)，D
k
表示从1阶段到k+1阶段的成本函数，D
k
‑
(k+1)
表示从第k阶段到第k+1阶段的状态转移成本函数，e
k
表示阶段k的能耗和时间成本，t
k
表示阶段k的能耗和时间成本。
[0025]本专利技术的有益效果是：本专利技术基于最优工况结论的改进动态规划算法，将最优控制工况序列与最优工况切换结论结合对列车运行曲线进行优化，降低解空间，提升求解效率，提高列车运行时牵引传动系统效率，降低列车运行能耗。
附图说明
[0026]图1为考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法的流程图；
[0027]图2为最优工况状态空间示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术的实施例作进一步的说明。
[0029]如图1所示，本专利技术提供了一种考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法，包括以下步骤：
[0030]S1：获取列车基础数据，并根据列车基础数据对列车线路进行位置离散；
[0031]S2：初始化速度离散间隔值和时间成本权重系数；
[0032]S3：生成最优工况状态空间；
[0033]S4：根据初始化后的速度离散间隔值和时间成本权重系数，从列车终点站反向搜寻并生成最优状态集；
[0034]S5：根据最优状态集，生成最优工况曲线；
[0035]S6：重复步骤S3
‑
S5，直至反向搜寻至列车起点，并输出最终的最优工况曲线。
[0036]在本专利技术实施例中，步骤S1中，列车基础数据包括列车重量、列车牵引制动特性、线路限速信息、线路坡道信息、线路站点信息和时刻表信息。
[0037]在本专利技术实施例中，步骤S3包括以下子步骤：
[0038]S31：初始化速度离散间隔值，根据线路限速信息和速度离散间隔值对速度进行离散；
[0039]S32：根据当前位置的速度离散点最优工况曲线簇，并进行曲线超限速处理；
[0040]S33：计算下一位置的速度离散点最优工况曲线簇；
[0041]S34：将当前位置的速度离散点最优工况曲线簇和下一位置的速度离散点最优工况曲线簇的交点作为速度离散点状态空间；
[0042]S35：遍历完成当前位置的速度离散点，将速度离散点状态空间作为最优工况状态空间。
[0043]在本专利技术实施例中，步骤S4中，构建状态转移成本函数，将状态转移成本函数的最小值作为最优状态集。
[0044]在本专利技术实施例中，步骤S4中，状态转移成本函数D
k
的表达式为：
[0045][0046]式中，D
k
‑
(k+1)
＝min(e
k
+γt
k
)，D
k
表示从1阶段到k+1阶段的成本函数，D
k
‑
(k+1)
表示从第k阶段到第k+1阶段的状态转移成本函数，e
k
表示阶段k的能耗和时间成本，t
k
表示阶段k的能耗和时间成本。
[0047]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取列车基础数据，并根据列车基础数据对列车线路进行位置离散；S2：初始化速度离散间隔值和时间成本权重系数；S3：生成最优工况状态空间；S4：根据初始化后的速度离散间隔值和时间成本权重系数，从列车终点站反向搜寻并生成最优状态集；S5：根据最优状态集，生成最优工况曲线；S6：重复步骤S3
‑
S5，直至反向搜寻至列车起点，并输出最终的最优工况曲线。2.根据权利要求1所述的考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法，其特征在于，所述步骤S1中，列车基础数据包括列车重量、列车牵引制动特性、线路限速信息、线路坡道信息、线路站点信息和时刻表信息。3.根据权利要求1所述的考虑列车牵引系统动态效率的动态规划曲线生成方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：S31：初始化速度离散间隔值，根据线路限速信息和速度离散间隔值对速度进行离散；S32：根据当前位置的速度离散点最优工况曲线簇，并进行曲线超限速处理；S33：计算下一位置的速度离散点最优工况曲线簇；S34：将当前位...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏飞，鄢克勤，王青元，付程成，张启璇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：