高速列车节能运行控制系统的研究

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文高速列车节能运行控制系统的研究作者姓名魏远乐学科专业电气工程指导教师游小杰教授刘建强副教授培养院系电气工程学院硕士学位论文高速列车节能运行控制系统的研究作者：魏远乐导师：游小杰教授刘建强副教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）签字日期年月签字日期：；年月学校代

2、码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文高速列车节能运行控制系统的研究作者姓名：：魏远乐学号导师姓名：游小杰职称：教授刘建强职称：副教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业电气工程研究方向：电力电子与牵引传动北京交通大学年月致谢本论文的工作是在我的导师游小杰教授的悉心指导下完成的，游小杰教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，使我终生受益。在此衷心感谢三年来游老师对我的关心和指导。在实验室的科研工作和论文的撰写过程中，刘建强老师给了我悉心的指导，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向刘建强老师表示衷心的谢意。感谢电气工程学院电力电子研究所的全体老

3、师，他们为我们提供了一个团结、求实、和谐的研究环境和学术氛围。在实验实施和论文撰写期间，郭怀龙、禹映雪给予了我很大的帮助和指导，帮助我解决了很多疑问。同样感谢王竟飞、刘绍凯、赵志博、宋强和王浩斌等同学，对我整个试验给予了极大的帮助。另外，向符里、赵楠、李广贺、史芸铭、赵东明、廖云涛、姜桂明等同学表示感谢，感谢在我研究生的生活和学习中给予了我莫大的关怀和鼓励，对我论文中的研究工作给予了热情的帮助。最后，感谢父母家人对我默默的支持，你们的鼓励和支持使我克服困难，能够在学校专心完成我的学业。中文摘要中文摘要随着我国高速铁路规模和运输量的增加，使得我国铁路运输的能耗总量曰益增大。为

4、了更好建设资源节约型、环境友好型社会，降低列车运行过程中的能源消耗，研究列车的节能降耗问题迫在眉睫。列车能耗中最大的组成部分为列车牵引运行能耗，因此，本文致力于解决在一定的机车、车辆、线路等硬件环境和既定的运行图、列车编组计划等运营管理状况下，满足列车运行安全、准时的基础上，通过改进机车的操纵方法来实现高速列车节能运行。本文从高速列车的力学分析、运动方程入手，建立列车牵引计算数学模型，通过对哈密顿函数的求解推导，得到列车节能运行的最佳控制原则为最大牵引、勻速运动、惰行过程和最大制动这四种运行方式的组合。再对列车特性曲线进行关于速度函数的二次拟合，利用分步积分法求解列车的运行

5、时间、运行距离和运行总能耗，从理论上得到列车节能运行方式的转换点。结合实际京津城际高速铁路线路数据，按照节能运行最佳控制原则，对髙速列车节能运行控制算法进一步优化，基于环境幵发高速列车节能运行仿真平台，以型高速列车作为仿真对象，考虑到线路附加阻力和线路限速对列车运行的影响，提出更加接近实际的列车节能运行方式。通过将仿真计算结果与列车实测能耗值作对比分析，验证了该算法的正确性和适用性。最后基于优化的算法，设计开发了高速列车节能运行控制系统，并在列车网络控制系统半实物仿真试验台实验测试，在保证列车运行安全平稳正点的前提下，控制系统能够指导司机用能耗较少的操纵方式驾驶，达到列车节

6、能的目的。关键词：高速列车；节能算法；优化操纵；仿真平台；控制系统索书号：ABSTRACTABSTRACTWiththeincreaseofChina'shigh-speedrailsizeandvolume,thetotalenergyconsumptionofrailwaytransportationisincreasinginChina.Inordertobuildabeterresource-conservingandenvironmentallyfriendlysociety,reducetheenergyconsumptionintheprocessofthet

7、rainoperation,itisimminenttostudytheproblemofsavingenergyandreducingconsumptionofthetrain.Therefore,thisarticletriedtosettletheproblembyimprovingthecontrolmethodtorealizetrainenergy-savingoperationofthehigh-speedtrainundertheconditionofthecertainhardwareenviro