列车运行过程仿真及优化研究

为了研究列车运行过程仿真和优化控制方案，论文在借鉴前人研究成果的基础上，首先以最快速度运行策略构造了单质点列车运行仿真模型，在这一模型基础上，通过构造多质点列车模型，设计线路分段模型与算法，设计并优化列车运行过程算法等，构造了多质点列车运行仿真模型，据此设计并实现了城市轨道交通列车运行仿真系统。参考这一仿真系统，结合遗传算法理论，通过深入细致分析列车运行控制过程，将遗传算法引入列车运行控制方案的优化之中。在复杂线路条件下，找到了较多质点模型更加优秀的列车运行控制方案。论文的研究内容主要包括以下几个方面： 1．根据既有列车运行控制的机械能理论、能耗理论及列车牵引计算理论，提出了包含能耗、运行时分和停站精度在内的多目标列车运行仿真模型。 2．在多目标列车运行仿真模型的基础上，结合列车牵引计算与运行仿真理论，通过分析城市轨道交通系统与普通铁路系统的异同，提出了三种典型列车运行控制策略，并以最快速策略为依据，构造了单质点列车运行仿真模型。 3．在列车运行仿真的单质点模型基础上，通过建立多质点的列车模型，考虑列车长度对附加阻力计算的影响，构造线路分段模型和变坡段列车受力计算方法，工况转换引入合理性条件，中间过程运用波浪轨线代替恒速轨线，进站制动运用反向递推试凑法等方法，构造了列车运行仿真的多质点优化模型。 4．通过对列车运行控制过程的研究，将运行控制方案分解为工况序列，结合遗传算法理论与方法，将工况序列映射为染色体，工况序列表映射为种群，从而将遗传算法引入列车运行仿真模型求解问题。通过设计选择算子、保优交叉和变异算子、构造变长算子、设计并改进适应值函数、构造列车运行仿真器的算法等，设计了变长度染色体多目标改进遗传算法。 5．在单质点模型和多质点模型基础上，设计并实现了城市轨道交通列车运行仿真系统，并通过实例测试了单质点模型和多质点模型。测试表明，单质点模型能够计算多种列车运行曲线，估计区间运行时分，但是设计不够合理，能耗偏高，计算相对粗略。多质点模型克服了单质点模型的缺点，进站初速度降低10％-30％，节约总能耗达30％以上，同时优化了控制过程和仿真曲线。这一模型较既有系统降低了进站制动初速度，停站计算更加准确，工况