论文部分内容阅读
高速铁路是一种可持续发展的绿色通道，具有安全、准点、舒适、能耗低、效率高等优点，然而其巨大的能源消耗也越来越受到广泛重视，尤其对动车组列车节能操纵策略的研究迫在眉睫。与此同时，进一步探讨动车组列车多目标优化的控制方法，不单提供一种操纵方案，对于降低列车运行能耗和节约资源亦具有深远的意义。
本文借鉴国内外对动车组列车节能运行的研究，从列车节能的优化扩展到列车多目标的优化，结合动车组列车的运行特点，分别建立了列车的节能优化模型和多目标优化模型，并设计了针对模型特点的求解算法。本文主要研究内容如下：
(1)在分析列车运行过程受力的基础上，利用多质点模型推导列车的运动方程。分析电分相对列车运行过程的影响，并设定列车过分相区时所采取的工况。对影响列车运行能耗的因素进行总结，构建列车一次节能优化模型，将列车过电分相环节纳入考虑因素，构建列车二次节能优化模型。在阐述多目标优化基本理论的基础上，构建列车运行的多目标优化模型。
(2)基于黄金比例遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对列车进行节能优化。阐述遗传算法基本理论，指出其在具体问题优化过程中存在的不足。引入具有强大局部优化优势的黄金比例技术，形成黄金比例遗传算法，详述黄金比例遗传算法的核心步骤。结合所构建的列车一次节能优化模型与二次节能优化模型的特点，给出使用黄金比例遗传算法进行模型求解的详细步骤。进行实例仿真分析，结合两次节能优化得到列车最终运行曲线，仿真结果表明所建模型与所提算法结合，节能效果明显。
(3)基于黄金比例NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,快速非支配排序遗传算法)对列车进行多目标优化。由于节能优化仅是优化其能耗，最终优化方案只是多个可行方案之一，因此研究列车多目标优化。阐述基本的NSGA-II算法，针对其在多目标优化时会产生个体在解空间中分配不均的问题，同样引入黄金比例技术，对多目标问题的黄金比例NSGA-II算法进行详细介绍。给出使用黄金比例NSGA-II算法进行多目标优化模型求解的流程，期间考虑列车过电分相的过程。对黄金比例NSGA-II算法进行性能测试，实际线路的仿真结果验证了黄金比例NSGA-II算法对列车运行的能耗、准点性等优化均具一定成效，对列车实际运行具有一定参考作用。
本文借鉴国内外对动车组列车节能运行的研究，从列车节能的优化扩展到列车多目标的优化，结合动车组列车的运行特点，分别建立了列车的节能优化模型和多目标优化模型，并设计了针对模型特点的求解算法。本文主要研究内容如下：
(1)在分析列车运行过程受力的基础上，利用多质点模型推导列车的运动方程。分析电分相对列车运行过程的影响，并设定列车过分相区时所采取的工况。对影响列车运行能耗的因素进行总结，构建列车一次节能优化模型，将列车过电分相环节纳入考虑因素，构建列车二次节能优化模型。在阐述多目标优化基本理论的基础上，构建列车运行的多目标优化模型。
(2)基于黄金比例遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对列车进行节能优化。阐述遗传算法基本理论，指出其在具体问题优化过程中存在的不足。引入具有强大局部优化优势的黄金比例技术，形成黄金比例遗传算法，详述黄金比例遗传算法的核心步骤。结合所构建的列车一次节能优化模型与二次节能优化模型的特点，给出使用黄金比例遗传算法进行模型求解的详细步骤。进行实例仿真分析，结合两次节能优化得到列车最终运行曲线，仿真结果表明所建模型与所提算法结合，节能效果明显。
(3)基于黄金比例NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,快速非支配排序遗传算法)对列车进行多目标优化。由于节能优化仅是优化其能耗，最终优化方案只是多个可行方案之一，因此研究列车多目标优化。阐述基本的NSGA-II算法，针对其在多目标优化时会产生个体在解空间中分配不均的问题，同样引入黄金比例技术，对多目标问题的黄金比例NSGA-II算法进行详细介绍。给出使用黄金比例NSGA-II算法进行多目标优化模型求解的流程，期间考虑列车过电分相的过程。对黄金比例NSGA-II算法进行性能测试，实际线路的仿真结果验证了黄金比例NSGA-II算法对列车运行的能耗、准点性等优化均具一定成效，对列车实际运行具有一定参考作用。