基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃與PSO二階段優(yōu)化算法的城市軌道交通列車運(yùn)行曲線優(yōu)化研究.pdf

1、交通運(yùn)輸是城市的根基所在，是城市高速、健康、可持續(xù)發(fā)展的基本保障和先決條件。城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)作為公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)的骨干，具有安全、準(zhǔn)時(shí)、便捷、節(jié)能、舒適以及大眾化等優(yōu)點(diǎn)，在交通系統(tǒng)中占據(jù)著不可或缺的重要地位。然而隨著城市人口膨脹和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的需求增長(zhǎng)速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了軌道交通的建設(shè)速度，對(duì)軌道交通系統(tǒng)的要求也更加嚴(yán)苛。除了運(yùn)能高、快速等要求，人們對(duì)安全性、準(zhǔn)時(shí)性、停站精度、舒適度以及能耗等方面也有更高的要求。國(guó)

2、內(nèi)外已經(jīng)有不少學(xué)者對(duì)列車運(yùn)行曲線優(yōu)化進(jìn)行了大量研究，使用了模擬退火（SA，Simulated Annealing）、遺傳算法（GA，Genetic Algorithm）、模糊預(yù)測(cè)控制（PFC，Predictive Fuzzy Control）等方法。但是這些研究大多都只對(duì)能耗等一個(gè)或兩個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，并未全面考慮準(zhǔn)時(shí)性、停站精度以及舒適度等其他性能指標(biāo)。因此研究城市軌道交通列車運(yùn)行曲線在上述多個(gè)性能指標(biāo)下的最優(yōu)控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義

3、。
　　本文首先對(duì)列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC）進(jìn)行了總體介紹，重點(diǎn)闡述了列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ATO）的結(jié)構(gòu)和功能，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了列車自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件仿真平臺(tái)，該平臺(tái)能夠?qū)α熊囘\(yùn)行能力進(jìn)行離線分析，為實(shí)際線路的升級(jí)改造提供決策支持，能夠提高效率、節(jié)約成本，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。然后對(duì)城市軌道交通列車動(dòng)力學(xué)模型和制動(dòng)求解模型進(jìn)行了深入分析，提出了列車運(yùn)行過(guò)程的性能指標(biāo)及其評(píng)價(jià)函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，提出了列車運(yùn)行曲線的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題及其優(yōu)化模型。最

4、后在充分調(diào)研各種優(yōu)化算法的特點(diǎn)和分析列車ATP限速曲線特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃和粒子群算法的二階段優(yōu)化算法，對(duì)列車運(yùn)行曲線優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該二階段優(yōu)化算法在保障安全性的前提下，在準(zhǔn)時(shí)性、停站精度、舒適度、能耗等方面的優(yōu)化效果。同時(shí)將該算法的優(yōu)化結(jié)果與模糊預(yù)測(cè)控制的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析其優(yōu)缺點(diǎn)；設(shè)置相應(yīng)的權(quán)重比例，驗(yàn)證該算法在不同優(yōu)化需求下的靈活性。
　　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與模糊預(yù)測(cè)控制相比，基于動(dòng)態(tài)規(guī)

5、劃與粒子群算法的二階段優(yōu)化算法在列車運(yùn)行曲線多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題上有更大的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：更快的響應(yīng)性和更好的預(yù)測(cè)性；運(yùn)行曲線更穩(wěn)定更平滑，舒適度更高；在節(jié)時(shí)模式下，具有更高的準(zhǔn)時(shí)性，與PFC相比，其運(yùn)行時(shí)間誤差減小了4.6％；在保障安全性的前提下，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，獲得了在準(zhǔn)時(shí)性、停站精度、舒適度和能耗等方面都有所改善的優(yōu)化曲線。本文研究的二階段優(yōu)化方法具有很好的研究和應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也為列車運(yùn)行優(yōu)化領(lǐng)域的研究提供了探索方法和