货运电力机车节能优化操纵策略研究

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1、国内图书分类号：U268.4密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学研究生学位论文货运电力机车节能优化操纵策略研究年级2013级姓名林轩申请学位级别工学博士专业电气工程指导老师冯晓云教授二零一八年五月十五日ClassifiedIndex:U268.4U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationEnergy-efficientDrivingStrategiesofElectricFreightLocomotiveGrade:2013Candidate

2、:XuanLINAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DSpeciality:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.XiaoyunFENGMay15,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查＿和借圈。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文＝

3、本学位论文属于Ｌ保密ｕ在年解密后适用本授权书；２．不保密，使用本授权书ｇ。（晴在以上方框内打）学位论文作者签名：指导老师签名：．义日期这夕日期：西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：１．提出了

4、考虑长大下坡的货运列车牵引计算模型。总结长大编组列车在长大下坡区间一和般起伏坡道的运行规律，基于经典牵引计算理论、，建立了考虑轮轨粘着限制列车起动附加阻力暂态过程和缓解再充风时间约束的货运列车运动学模型，并构建以牵引力做功最小化为目标泛函的货运列车节能优化模型。（第２章）２．提出了不考虑再生制动能量回馈利用的周期性循环制动策略。针对货运列车在长大下坡区间的空气制动过程，提出将缓解再充风时间约束等效为速度约束，并证明该量等效原则。应用极大值理论求解多约束条件下列车节能最优控制模型，根据伴随变与最优工况

5、、控制量的映射关系，结合伴随变量跳变规则，提出周期性制动策略，实现了长大下坡及其相邻恒速区间的列车节能最优运行轨迹的规划。（第３章）３．其针对再生能量可回馈至牵引网的货运列车周期性制动问题，提出了长大下坡区间及运相邻恒速区间列车运行轨迹的最优连接策略。首先证明了长大下坡末端列车节能一“行最优工况的唯性。然后证明了最优的周期性循环制动策略为全电制动－全轨制－迹全规电制动”，并提出了该工况组合的最优切换时机，实现了列车全线运行的最优划。最后引入效率近似恒定区的概念，通过理论分析和现场试验证明列车效一率恒

6、定是牵引／电制动恒速区存在且唯的前提条件，为最优解的存在提供了支撑。（第４章）４．提接出了货运列车节能运行数值算法和工程应用时算法的修止原则。设计基于最优连策略的货运列车节能优化数值算法；根据工程应用中存在的限制条件，提出工况修正原则，修正数值算法仿真结果。计算机仿真和现场试验验证了本文算法的有效性和可行性。（第５章）学位论文作者签名：ＢＭ－．２〇ｌＳ＾Ｚ２－西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要随着“一带一路”战略的实施和大秦线三万吨级重载组合列车试验成功，我国铁路货运进入快速发展时期。

7、作为铁路货物运输动力的电力机车，以其功率大、牵引定数高、单耗低等优势逐渐成为铁路货运的主力车型。但是，实际运营中电力机车消耗的总电量巨大，其中牵引耗电量约占铁路总用电量的70%。同时，我国地势西高东低，货运线路东西海拔落差较大，线路条件复杂，且包含多个长大下坡区间，从铁路运营的角度，合理利用线路条件实现列车节能运行是一种低成本的节能降耗手段。因此，有必要研究含有长大下坡区间的货运列车节能优化操纵策略，为机车乘务员提供一条满足安全、准点、平稳约束的列车最优参考速度曲线。本文将基于最优控制理论研究货运列车在长大下坡区间及其相邻恒速

8、区间的节能最优控制策略，开发车载驾驶指导系统，最终实现货运列车辅助驾驶。论文的主要工作由以下4个方面组成：（1）基于机械能模型，建立贴近实际运行环境的列车节能最优控制模型。根据牵引计算理论，分析货运列车受力情况，构建列车运行多质点模型；研究不同轮轨黏着条件下列车所能发挥的牵引