随着能源在社会发展中的作用日益突出,如何经济有效地利用能源已成为社会广泛关注的问题。铁路是国民经济大动脉、重要基础设施和交通工具,国家对铁路运输系统的节能减排工作也提出了新的要求。“十三五”节能减排的《工作方案》中指出,到2020年,铁路系统单位能耗要比2015年下降5%。由于牵引能耗在货运列车总能耗占比很大,为贯彻落实国家关于加快建设资源节约型社会的要求,有必要研究货运列车节能优化操纵策略,实现节能减排。本文将基于最优控制理论研究货运列车节能优化操纵策略,主要的研究内容如下:首先,基于列车牵引计算规程,建立以牵引能耗最小为目标的货运列车节能优化模型,运用极大值原理给出最优运行必要条件,总结了伴随变量的变化规律和操纵工况的转换规则。其次,分析了线路条件对列车运行方式的影响,总结出列车速度波动性越小则列车牵引能耗越低。针对含有大坡道线路的列车区间运行,总结出列车区间运行时间、牵引能耗和恒速目标速度之间的关系。然后,针对恒速区之间存在大上坡道和大下坡道以及恒速区被电分相打断的情况,以速度波动性最小为目标,推导出最优连接的必要条件,并证明最优连接的存在性和唯一性。最后,基于恒速区之间局部最优连接的必要条件和性质,给出局部恒速区的搜索算法,同时设计全局列车节能优化求解算法。以实车实线为例进行仿真分析,结果表明随着恒速目标速度的增加,列车区间运行时间不断减小,列车牵引能耗不断增加。此外设计仿真案例验证算法的节能性,与实际司机操纵结果相比,采用本文基于速度波动性的节能优化操纵算法,可实现节能3.19%。同时将基于本文基于速度波动性的算法与基于伴随变量的算法进行对比,结果表明基于速度波动性算法计算效率比基于伴随变量的算法高。