全矢融合的二元PELCD样本熵列车故障诊断

长期高速运行的服役状态会造成高速列车转向架关键部件性能蜕化甚至发生故障等情况,所导致的安全事件将造成严重的经济损失甚至人员伤亡。考虑到高速列车振动信号的特性,将部分集成的局部特征尺度分解方法拓展至二元信号处理领域,同时结合全矢谱理论对同阶分量信号进行信息融合,得到更加完备的数据特征,并对融合后的数据进行样本熵特征提取,得到列车的故障特征;采用灰狼优化算法对支持向量机进行参数寻优,通过实验对比单一故障工况、复合故障工况以及部件性能退化下的故障识别率,验证所提方法的有效性、优越性。

强风下高速列车滑膜自适应鲁棒H_∞控制方法

大风环境下高速列车的运行是一个强耦合、高度非线性过程,且随着风速增大和车速增加,这种特性逐渐增强,因此需要更高要求的自动驾驶系统。基于李亚普诺夫稳定性理论设计高速列车自动驾驶滑模自适应鲁棒控制器,该控制器采用自适应控制实时逼近列车不确定性特征的系统输入系数,采用鲁棒H∞控制将自动驾驶系统中模型误差、大风和其他干扰造成的参数变化等所有不确定量减小到最小范围,同时也消除了系统抖振现象。计算出高速列车需要施加的牵引/制动力,通过滑模控制消除系统安全运行速度跟踪误差,实现不同风速下高速列车对给定安全运行速度的高精度跟踪。仿真结果证明了该方法的有效性。

基于模糊自适应PID的列车智能驾驶算法

列车ATO控制是一个强耦合、高度非线性系统,且随着列车运行工况的变化,这种特性逐渐增强,因此需要更高要求的智能控制算法.针对传统控制方法在智能性方面的不足,结合各种智能控制特点,提出基于模糊自适应PID的列车智能控制算法,建立以节约能耗和精准停车为目标的模糊自适应PID控制策略.以上海轨道交通3号线为例,在Matlab软件环境下构建仿真模型,选择节能性和停车精度试验,结果表明:所提智能控制算法比传统PID控制算法得到的结果更好,单位质量能耗降低了4.91%,停车精度提高了69.23%.因此,该算法完全能满足列车停车精度高、节能效果好的要求.

基于PLC的电力机车整备作业控制系统设计与实现

结合国内电力机车整备作业中存在的问题及作业现场的控制要求,分析了电力机车整备作业安全监控过程中设备控制系统的功能需求。划分了电力机车整备作业安全监控系统的软硬件模块,结合计算机网络通讯技术、现场总线技术、PLC控制技术等,设计了集中管理、分布式控制网络结构和PROFIBUS-DP总线网络控制系统。实现了电力机车整备作业安全监控系统自动化、信息化的管理与控制。工程实践表明,该系统能很好满足电力机车整备作业现场控制要求。

基于IBES-XGBoost的高速铁路沿线风速预测模型

为保证高速铁路沿线风灾预警信息具有较高时效性,需要进行高速铁路沿线超短期风速的提前多步预测。针对众多预测模型在预测中可能存在较大误差的问题,采用Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰搜索算法进行改进,并用改进的秃鹰搜索算法(IBES)对XGBoost的初始参数进行优化。在构建IBES-XGBoost模型时,加入风速以外的其他气象特征,以提高预测精度。实验结果表明:(1)改进的秃鹰算法相比其他智能优化算法有更好的寻优能力,与其他模型相比IBES-XGBoost在超短期风速的提前多步预测上有着较高的精度和较好的拟合效果。(2)Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰算法有着较好的改进效果。(3)IBES-XGBoost能为高速铁路规范下的大风预警提供可靠的提前多步预测结果。

基于客户满意度的低碳冷链多式联运路径优化

目的实现生鲜产品的高效配送,尽可能提高客户满意度。方法分析多式联运和冷链物流的特点,选择最优物流路径。在路径选择模型的建立中,结合客户对生鲜产品的质量及到货时间的满意程度,引入顾客满意度参数。同时响应国家“碳中和”政策的号召,在模型构建中考虑了低碳策略,以总成本最小、客户满意度最大为目标函数。以15个枢纽城市及公路、铁路、水路3种方式的冷链运输为例,将目前较新的帝企鹅算法与传统的启发式算法(遗传算法、粒子群算法)进行对比,并针对转运时间进行灵敏度分析。结果最优联运路线对应的客户满意度为0.96,转运时间的增加导致总成本上升、客户满意度下降和最优路径发生变化。结论帝企鹅算法在求解多式联运问题上具有较好的收敛速度和收敛精度,为多式联运承运人的决策提供了依据。转运时间的波动导致适应度函数发生变化,因此在兼顾客户满意度的前提下,选择合适的运输方式和路径,减少非必要的转运。

强风自然灾害致突发事件下高速列车动态调度方法

针对强风自然灾害致突发事件发生时高速列车调度问题,该文以晚点列车在各站到发时刻与原时刻表误差之和为目标函数,建立以速度、时间和变量取值等为约束条件的高速列车非线性动态调度模型,提出采用非线性收敛因子及自适应权重改进的鲸鱼优化算法(NAWOA)实现对目标函数的求解。以国内某铁路区段部分站点及运行的高速列车等数据为例,对模型的有效性进行检验。仿真结果表明:所提改进算法与传统鲸鱼优化算法、粒子群算法和遗传算法相比,对目标函数求解精度分别提升了16%,14%和36%,不但能够有效实现列车遭遇强风致突发事件时的动态调度,而且算法收敛速度较快,使得列车运行快速恢复正常,从而有效降低强风灾害致突发事件造成的列车大面积延误影响,提升高速列车的运行效率。

基于WinCC的整备作业安全监控系统

为实现电力机车整备作业安全监控自动化,结合整备作业现场控制要求,提出基于视窗控制中心(WinCC)组态软件的电力机车整备作业安全监控系统。采用组态软件的模块化设计方法,利用网络通信、监控和现场总线技术,实现以WinCC为平台的人机界面和以S7-300PLC为主站、S7-200PLC为从站的PROFIBUS-DP总线网络控制系统。测试结果表明,该系统可实现多股道同时作业,并实时实现三级分层间的数据交换。

基于形态学处理的轨道扣件定位算法研究

针对不同光照条件对轨道扣件定位影响的问题,提出一种基于形态学处理的扣件定位算法。首先使用Canny自适应算法提取轨道图像的边缘特征,交替采用腐蚀、膨胀等操作以凸显钢轨、轨枕和枕肩的边缘特征,再对其边缘特征进行投影,结合相关空间关系和边界长度可以消除光照条件对扣件定位的影响,从而实现轨道扣件的准确定位。通过实验表明,在不同光照条件下,基于形态学处理的轨道扣件定位算法的准确率大大提高,可满足轨道扣件检测与定位的实际工程应用需求。

基于H_∞鲁棒控制的无人驾驶城轨车辆运行姿态研究与仿真

针对无人驾驶车辆运行过程中存在参数摄动和外部扰动的情况,提出了基于鲁棒H∞控制和PID控制的混合控制方案.通过对无人驾驶城轨车辆驾驶仪运行中的非线性、外界扰动、内部参数摄动等因素的分析,建立了自动驾驶系统的区间控制模型.然后,利用PID控制器实现自动驾驶模态的控制,利用H∞控制器实现参数摄动及外部扰动的抑制,并给出了控制器的具体形式.仿真结果表明所给出的混合控制方案是有效的.

横风下基于滚动GAPSO算法的列车速度曲线优化

针对普通环境下高速列车目标速度曲线优化算法不适用于横风环境的问题,提出一种横风环境下基于滚动GAPSO(遗传粒子群)算法的列车速度曲线优化方法。首先,考虑横风风速阻力作用改进列车动力学模型,并建立列车运行多目标优化模型;其次,基于GAPSO算法寻优巡航构建列车在起始阶段的最优目标速度曲线,引入滚动优化框架实时调整目标速度曲线,并在横风限速区按照改进快行策略运行;最后,在列车进站前采用GAPSO算法寻优惰行点生成目标速度曲线。仿真实验结果表明:GAPSO算法较GA算法和PSO算法具有搜索能力强、收敛速度快的优点;滚动GAPSO算法能在不同横风环境下实时生成优化后的目标速度曲线,并与改进快行策略和RH-PSO算法相比,具有较优的节能性和准时性。横风下基于滚动GAPSO算法的列车目标速度曲线优化可为横风环境下列车节能、准时运行提供一种可行的解决方案。

基于AT89S52的数字式电子钟系统的设计与实现

本文采用AT89S52单片机和实时时钟芯片DS12887,设计一个数字式电子钟系统,给出硬件电路原理图和软件的设计,实现日期、时间的显示及报时功能。

列车主动悬架液压放大GMA系统振动控制仿真研究

针对超磁致伸缩作动器(GMA)输出位移有限的问题,设计一种基于液压位移放大GMA系统,用于驱动列车主动悬架减振运动。采用Matlab数值仿真方法,建立液压放大GMA系统动力学模型与列车主动悬架动力学模型,以美国六级轨道高低不平顺作为输入激励,对比研究被动悬架与GMA系统主动悬架的减振性能。仿真结果表明,GMA系统主动悬架具有较好的减振效果,尤其是车体浮沉振动最大位移幅值从4.568mm减小到2.173mm,大大降低了车体振动幅值,改善了列车行驶的平顺性。

城轨列车深度强化学习节能优化控制方法

为提高城轨列车自动驾驶(Automatic Train Operation,ATO)的控制性能,针对城轨ATO目标速度曲线追踪控制方法中工况切换频繁、牵引能耗高等问题,以列车准点、精准停车和能耗为优化目标,设计了一种以时间冗余(Time Redundancy,TR)规划参考系统为主动约束的列车深度强化学习DQN控制方法。建立了城轨列车动力学模型和多目标优化适应度函数;定义了TR规划参考系统约束下的DQN列车控制器,并对控制器中的动作空间和奖励函数进行设置;最后规定了列车控制器神经网络更新方法,利用随机梯度下降算法更新Q网络参数。结果表明:加入以TR时间规划参考系统为约束的TR-DQN算法提高了DQN迭代收敛速度以及迭代训练过程中的稳定性;TR-DQN动态调整列车运行策略的控制方法相比传统目标速度曲线追踪PID算法能耗降低12.32%,列车站间工况切换频率较低;针对设置的3种不同站间规划时间,列车牵引能耗依次降低7.5%和6.4%,列车站间工况动态切换频率和牵引能耗随行程规划时间增大而降低。

一种改进差分进化算法的单关节机械臂控制方法

针对差分进化算法控制下机械臂控制系统运动轨迹精度不高问题,提出一种改进差分算法的机械臂控制方法。以单关节机械臂为研究对象,通过假设单关节机械臂摆线运动方程,采用比例微分控制律进行实际轨迹跟踪,优化轨迹中控制系统所消耗的能量,进而得到一组最优的离散值;对其偏差值使用三次样条插值法,从而得到机械臂实际最优轨迹。仿真结果表明,改进差分算法比传统差分算法处理所得结果误差普遍缩小了0.15%,且机械臂运动能耗较低。

基于ORB-SLAM2的改进特征匹配与稠密地图算法

针对ORB-SLAM2算法在特征匹配时容易出现误匹配以及无法构建稠密地图的问题,引入GMS算法来改进ORB-SLAM2算法中的误匹配问题以及添加稠密地图线程。首先,建立图像金字塔,对每层图像金字塔进行网格划分,提取特征点,对每个网格中的特征点引入四叉树策略进行筛选,得到均匀的特征点;其次,在特征匹配阶段引入GMS算法剔除误匹配;最后,根据位姿估计和关键帧构建稠密点云地图。通过TUM数据集上的实验验证,结果表明改进算法的匹配数比原ORB-SLAM2算法增加了18.36%,匹配用时减少了8.53%,将改进算法应用于移动机器人自动导航和避障中,能够提高系统的可靠性和运行效率。

基于模糊双反馈的高速列车主动控制策略

为提高高速列车主动悬挂控制系统的精度,提出了一种基于差分进化(DE)改进的灰狼算法(GWO)的高速列车主动悬挂模糊双反馈主动控制策略。该策略基于高速列车主动悬挂系统垂向六自由度模型,采用了具有双反馈机制的模糊PID控制器,并用DE-GWO算法调整PID参数,该算法通过采用差分进化机制防止算法过早收敛。将采用改进灰狼算法优化后的模糊双反馈PID控制器与被动悬挂系统、PID控制器和优化前的模糊PID控制器进行比较,结果显示该控制策略使主动悬挂的加速度均方根值优化了45.80%,垂向平稳性指标降低至1.515,平稳性提高了25.07%。所提主动控制策略应用在高速列车主动悬挂系统时的垂向振动控制效果显著,可有效改善高速列车运行均衡性。

考虑碳排放及时间满意度的高铁快运“站到门”配送优化模型及算法研究

在双碳背景下,针对高铁快运“站到门”配送阶段存在配送成本高、服务能力低、末端配送难的问题,结合高铁快运业务的特点,引入Sigmoid降指数,通过函数变换得到“站到门”配送时间满意度函数,以高铁快运不同产品类型的首重运价确定客户重要度,以服务满意度、运输经济成本、碳排放量为目标,构建高铁快运站到门配送多目标优化模型。针对鲸鱼优化算法(WOA)容易陷入局部最优解的缺陷,提出并设计快速非支配排序多目标鲸鱼优化算法(FNSMWOA),采用该算法对问题进行求解,并通过算例验证所提模型和算法的有效性。结果表明:快速非支配排序多目标鲸鱼优化算法在全局搜索能力和局部搜索能力上均取得较好的效果,实验得出帕累托解前沿解,并得到考虑不同优化目的的帕累托最优解方案,为高铁快运“站到门”配送优化提供一种新思路。

横风环境下高速列车运行安全性研究

为研究不同横风(风向角为90°)环境下列车安全运行的临界速度,对横风速度分别为5、10、15、20、25、30、35 m/s,以及列车速度分别为200、250、300、350、400 km/h的多个工况用MATLB软件进行气动特性的数值模拟,得到不同工况下的气动载荷值,并选取中国高速铁路无砟轨道不平顺谱进行数值模拟;建立基于SIMPACK的高速列车多体系统动力学模型,以轨道不平顺谱转化的时域不平顺样本作为轨道不平顺激励,将其与得到的气动载荷值作为外部激励输入,对高速列车在不同工况下的车辆模型进行仿真和分析,得到不同风速和车速下的列车安全运行指标。给出不同风速下列车安全运行的最高速度限值,并通过数值拟合方法得到不同风速和车速下的高速列车运行安全域。结果表明,随着风速或车速的增大,轮轴横向力首先超出限值,应特别注意此指标对列车运行安全性的影响;在横风风速或列车运行速度过高时,需要进行一定的速度限值或加以一定的控制来保证列车运行安全性。

基于CM-SVDS-SVMD的滚动轴承故障特征提取方法

针对滚动轴承微弱故障特征信息易受噪声干扰提取困难的问题,提出一种新的滚动轴承故障特征提取方法,即协方差矩阵(covariance matrix,CM)、奇异值差分谱(singular value difference spectrum,SVDS)和奇异值中值分解(singular value median decomposition,SVMD)相结合。首先,考虑到旋转机械的故障特征,对轴承故障信号采用1步长方法构造Hankel矩阵;其次,考虑到信号的协方差矩阵对于信号自相关去噪的优势,进而计算Hankel的协方差矩阵并进行空间重构;再次,采用奇异值差分谱方法对重构后的协方差矩阵信号进行分解处理而实现初步降噪,通过奇异值中值分解方法对其进行分解和筛选处理而完成二次降噪,并根据处理后信号的频谱包络,实现轴承故障特征信息的提取;最后,通过滚动轴承仿真数据分析得出,所提方法能够有效提取出噪声信号的故障特征及其谐波,实现不同轴承故障类型特征的有效提取,为滚动轴承故障复杂信号处理和诊断提供了一种新的方法和途径。