考虑空气对流换热的弓网电弧仿真研究

为了更精确地研究电弧的温度分布特性,提出一种考虑空气对流换热的弓网电弧放电模型。该模型基于磁流体动力学原理,添加对流换热项修正热平衡方程,通过COMSOL软件多物理场仿真得到了弓网电弧温度分布,并使用PG 2000型光谱仪通过Boltzman法验证了750 V下电弧中心5 mm处的温度,平台测量结果与模型计算结果基本一致,验证了模型的可靠性。研究结果表明:电弧柱区域内温度最高点出现在电弧柱中心距接触线表面1.42 mm处,并随着电压的提升高温区域不断向阴极扩散;空气流动速度的提升可以加快电弧的散热,避免其形成热集中区域碳滑板表面温度远高于接触线表面,其温度差为4160 K,表面温度随材料热导率的增大持续升高。

列车节能操纵优化求解方法综述

本文介绍列车节能操纵优化研究的基本问题。基于求解方法的特征对已研究的方法进行分类,将其分为:解析方法、数值方法和仿真方法。分析各个方法的研究现状与投入应用的情况。解析方法求解速度快,且能得到理论上的最优解,为了保证存在有效解,需要进行简化处理;数值方法易于处理较复杂的目标函数,但求解得到的往往是局部最优,收敛性不能保证;仿真方法速度较慢,并不适于在线计算,但其思路简单,易于理解,是一种实用性较强的离线寻优方法。对列车节能操纵优化方法的研究前景进行了展望。

再生制动条件下的城轨列车节能驾驶综合模型

当供电区段内有列车进行电力再生制动时,所产生的再生电能会向牵引供电网反馈,若邻近无处于牵引状态的列车吸收此部分再生电能,则会造成牵引变电所两端的电压升高。由此提出通过检测牵引供电网第三轨电压并在牵引供电网网压升高时适当提高邻近列车运行速度,以充分利用再生电能,从而实现城轨列车的节能运行。基于此思路建立列车节能运行优化控制与牵引供电系统相配合的城轨列车节能驾驶综合模型。该模型由列车节能运行优化控制算法和牵引供电模型组成。前者为牵引供电模型提供列车运行动态信息;后者基于牵引供电系统特性生成列车运行控制最佳策略所需的数据,供列车节能运行优化控制算法使用。以北京地铁亦庄线为例,验证综合模型的可行性和有效性。结果表明:在该线4站3区间10个列车全部准点运行的情况下,采用综合模型后列车的运行能耗降低了7.18%。

虚拟重联条件下地铁列车追踪运行性能衡量

虚拟重联是一种使列车以编队方式在轨道上追踪运行的技术,从而提高城市轨道交通运营的灵活性和提升线路的通过能力.本文围绕虚拟重联运行仿真和性能衡量,探讨了虚拟重联技术需要的安全制动模型,针对车站瓶颈区域提出了虚拟重联模型和车站追踪改进模型.通过数值计算和计算机仿真建模的方法,对提出的模型进行了仿真验算,结果表明:车站追踪改进模型与相对移动闭塞通过能力相当,虚拟重联模型通过能力最大;系统受到初始延误后,虚拟重联模型的延误恢复能力最强.

列车追踪运行仿真系统的研究与实现

列车追踪运行仿真系统将不同闭塞制式下的追踪列车间隔算法应用到CBTC仿真系统中,并在该系统平台上,分别模拟了不同闭塞制式(固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞)下列车追踪运行．对最小追踪列车间隔时间进行了验算,得出了3种闭塞制式下最小追踪列车间隔时间的计算结果．仿真结果表明固定闭塞的最小追踪列车间隔时间最大,准移动闭塞次之,移动闭塞最小．

高速铁路运行控制与动态调度一体化的现状与展望

高速铁路运行控制系统是高速铁路的大脑和神经系统,对列车的安全和高效运行至关重要.随着我国高铁里程数和客运量的快速增加,现有的控制手段和调度方法在快速、有效解决列车运行过程中出现的突发事件(比如电力故障、突发地震、山体滑坡、异物侵限等)方面尚有一定差距.目前列车运行控制与调度采用分层架构,突发情况下主要依赖调度员和司机的人工经验进行应急处置,列车晚点时间较长,旅客满意度不高.因此,如何针对高速列车运行过程中可能出现的突发事件,提升其应急处置能力,成为保障高铁安全高效运营的一大难题.本文围绕高铁运行控制与动态调度一体化这一前沿研究热点,对现有运行控制和动态调度的发展现状进行梳理,在此基础上给出一体化的基本架构,明确其基本内涵,最后提出了未来的主要研究方向.

北京地铁亦庄线列车节能驾驶研究

降低列车牵引能耗是减少城市轨道交通系统耗能的重要途径之一,单列车的牵引能耗由列车在站间的驾驶策略决定,因此,本文以北京市地铁亦庄线为例,介绍了地铁列车的节能驾驶研究.首先调研并收集了亦庄线线路、运营、车辆、供电、能耗等数据,掌握了亦庄线整体节能背景.然后结合地铁运营的特点,给出了北京地铁亦庄线能耗评估的3个指标.并以蚁群算法为核心,开发了列车驾驶的仿真系统,该仿真系统以收集到的亦庄线实际运行数据为输入,离线优化列车自动运行(Automatic Train Operation,ATO)的推荐速度曲线和控制策略.最终将优化后的ATO控制策略在亦庄线进行夜间实验,结果显示,优化后的列车ATO控制策略可以减少单车运行能耗5.67%.

基于混合滤波最大期望算法的高速列车建模

针对高速列车非线性单质点模型的特殊结构及含有隐含变量问题,提出一种基于混合滤波的最大期望辨识方法.借助递阶辨识理论,将高铁列车状态空间模型分解为线性子系统模型和非线性子系统模型.进而,分别利用卡尔曼滤波和粒子滤波对速度和位移状态进行联合估计.最后,使用最大期望方法辨识高铁列车子系统模型参数,解决了隐含变量辨识问题.和传统方法相比,本文所提出方法计算量小,且具有较高的辨识精度.仿真对比实验结果验证了该方法的有效性.

考虑双向变流器的城市轨道交通列车节能运行一体化方法

目的:鉴于目前我国城轨节能压力巨大,节能一体化优化研究受到广泛关注,而双向变流技术作为提高再生能利用率、降低净能耗的手段之一,因此有必要开展考虑双向变流器的城市轨道交通列车节能运行一体化方法的研究。方法:以整条城轨线路作为优化对象,建立了考虑双向变流器的列车运行图与速度曲线一体化模型。针对此大规模优化问题求解效率低的问题,提出一种QPSO(Q学习PSO(粒子群))算法。以北京地铁燕房线上的列车实际运行数据为例,对考虑双向变流器的城市轨道交通列车节能运行一体化方法的有效性进行了仿真验证。结果及结论:相较PSO算法,QPSO算法具有更好的全局搜索特性;相较未考虑双向变流器的模型,考虑双向变流器的城市轨道交通列车节能运行一体化方法可以将再生能利用率由31.2%提高至74.8%,并降低净能耗26.9%。

高速列车精确停车的鲁棒自触发预测控制

列车精确停车作为列车自动运行(Automatic train operation,ATO)系统的一项核心功能,对高速列车的安全和高效运行至关重要.本文针对高速列车停车过程的特点,考虑在避免控制输出频繁切换的前提下实现高精度的停车曲线跟踪,提出了基于模型预测控制(Model predictive control,MPC)的精确停车算法.针对列车停车过程中外部不确定性阻力干扰,采用鲁棒模型预测控制方法,提高对外部干扰的鲁棒性.引入自触发控制策略,以进一步减少控制输出的频繁切换,提高停车过程的舒适度.该方法不需要每个采样时间都求解线性约束二次规划问题,降低了对系统采样和通信能力的要求,提高了算法的实用性.分析结果表明,高速列车精确停车控制方法的稳定性和性能指标的次优性可以得到保证.基于高速列车实际运行数据的仿真结果验证了算法的有效性.

北京市轨道交通列车运行节能控制方案研究与应用

城市轨道交通线路由于站间距较短,在运行过程中列车启动、制动频繁,能耗较大,造成资源浪费和成本增加。通过对北京轨道交通线路实际能耗和运营情况统计分析,从列车运行控制策略及运行图合理适配的角度出发,提出单车ATO节能、多车ATS与ATO联动节能、ATS-ATO自适应节能3种列车运行节能控制方案及分阶段递进实施的重点。目前正在改造或试验的线路数据表明,利用在站间增加列车惰行距离,减少不必要的牵引制动切换,提升坡道、弯道智能预判,科学设计ATS与ATO系统配合关系等策略,可以有效降低牵引能耗和运营成本,试验后可在北京轨道线网中推广应用。

基于MPC的混合动力汽车能量管理策略

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)通常由两种或两种以上动力源共同驱动,通过控制算法协调各动力源的动力分配,以改善整车性能,提高车辆燃油经济性.以目标结构的混联式HEV作为研究对象,采用“黑盒”建模方法,结合参数识别、车辆动力学和动力传动系统的物理模型以及实际测试数据,评估输入变量对被控混联式HEV的影响以及存在的工作模式等.同时,提出了一种两层的模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的能量管理策略.上层控制器利用车路协同信息(Vehicle-to-everything,V2X),包括道路速度限制、车辆跟车约束、交叉口信号状态,以及停车线位置,计算车辆的参考运行状态,并将这些信息提供给下层控制器.下层控制器通过MPC计算各部件力矩和制动力,以优化HEV的运行过程.matlab/Simulink仿真结果表明,电池荷电状态(State of Charge,SOC)消耗量降低了5%,验证了该方法的可行性和有效性.

基于数据挖掘的城轨系统电能消耗模式分析

城市轨道交通系统运营产生的电耗占系统总能耗的比重最大,其能耗模式分析对城市轨道交通节能降耗十分关键.针对传统城轨能耗数据分析以静态统计分析为主的特点,提出了一种基于数据挖掘的城轨能耗动态分析方法.该方法基于聚类方法获取城轨系统基于时序的耗能规律.利用此耗能规律,采用决策树分类方法分析其能耗模式;基于能耗模式,采用异常值检测算法分析能耗数据是否异常.最后,利用国内某地铁线路供电系统记录的能耗数据集进行了分析.数据实验显示:该方法可用于确定城轨系统牵引和动力照明的能耗模式,判别异常数据.所提方法可用于城轨能量管理系统中动态监测能耗异常现象,为进一步分析能耗异常的原因和有针对性地采取节能措施提供数据支撑.

网络条件下列车追踪模型及延迟传播的研究

描述了一种移动闭塞下考虑不同类型列车混跑时基于元胞自动机的列车追踪模型.将该模型应用到铁路网,模拟了网络条件下列车运行情况.应用该模型模拟了移动闭塞下列车延迟传播的现象.分析了发车间隔松弛时间、初始延迟时间等因素对列车延迟的影响.将该模型的模拟结果和理论公式的计算结果进行了比较,验证了模型的可靠性和有效性.

2015年全国研究生数学建模竞赛D题的赛后评述

2015年全国研究生数学建模竞赛D题是"面向节能的单/多列车优化决策问题",题中包括3个问题:单列车节能运行优化控制、多列车节能运行优化控制问题、列车延误后运行优化控制问题.分别对这三个问题做一些评述.