基于自适应控制列车ATO调速系统的若干研究

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1、劣参京交硕士学位论文基于自适应控制列车ATO调速系统的若干研究SpeedAdjustmentofAutomaticTrainOperationSystembasedonAdaptiveControl作者：亓叔虎导师：董海荣北京交通大学2013年6月j＆塞童适太堂亟±堂僮途塞一————旦』1引言1．1研究背景1863年英国伦敦建成了世界上第一条城市轨道交通线路，此后城市轨道交通得到了快速发展。二战以后，各国工业化、城镇化的迅速推进，世界城市人口和城市车辆急剧膨胀，导致城市交通拥堵、事故增多、环境污染严重、能源紧缺等一系列问题，轨道交通以其载客量大、速度快、安全、准时、环境污染少、节约资源等特

2、点，成为解决城市交通问题的重要选择。近30年来，城市轨道交通得到了空前的发展，世界各国城市地铁线路成倍增加。表1．1列出了截止到2011年，世界几个大城市轨道交通运营长度以及年载客量，可以看出，城市轨道交通在解决城市交通拥堵问题时发挥了巨大作用。表1．1各城市轨道交通运营长度以及年载客量(截止到2011年)Tab。1．1RailTrafficLengthandPassengerCapacityperYearinCities(bytheEndof2011)城市城轨运营长度(公里)年载客量(亿人次)伦敦40211．07巴黎21515．06莫斯科30123．86东京304．129首尔31424．

3、29我国第一条轨道交通线路是1965开始建设，于1969年10月1日开始运行的北京地铁一期工程，从北京站至苹果园站，线路全长23．6公里。从20世纪90年代开始，我国城市轨道交通进入了快速发展阶段。“十一五"期间，我国城市轨道交通建设里程达到2153．7公里。“十二五’’期间，我国城市轨道交通继续迅速发展。2012年度，全国有35个城市在建设轨道交通线路，完成总投资约2600亿元。截止到2012年底，全国轨道交通运营线路达到67条，运营总里程达到2042公里。预计2013年城市轨道交通投资规模将达到2800亿元．2900亿元。2012年底，北京地铁运营里程将达到442公里，最高日客流量将达

4、到1000万人次，在公共交通的出行比例中将达到44％以上。上海地铁运营里程达到425公里，仅次于北京，日客流量将超过1000万，占全市公共交通出行总量的35％。如图1．1为2020年北京和上海轨道交通规划图，预计到2020年北京地铁线路将达到1050公里，上海地铁有望达到877公里。A北京2020年轨道交通规划B上海2020年轨道交通规划图1．1北京和上海2020年轨道交通规划Fig．1．1RailTrafficPlanningofBeUingandShanghaiin2020城市轨道交通每日都承担着巨大的客流量，而且随着技术的发展，列车追踪间隔越来越小，在如此高密度、大运量的情况下，要不

5、断提升列车运行控制技术，最大限度保障行车安全，提高列车载客能力与运输效率。列车自动驾驶(AutomaticTrainOperation，简称ATO)系统是列车运行控制系统的重要组成部分，是高速度高密度轨道交通实现舒适、高效运行的主要手段。列车自动驾驶系统主要是利用地面控制系统提供的信息，自动控制列车的牵引和制动系统，根据控制中心指令自动完成对列车的启动、牵引、惰性和制动，使列车按照最佳工况准时、安全和平稳运行。随着列车运行控制技术的不断发展，人们对列车自动驾驶系统的控制性能要求越来越高，传统的基于PID的控制算法不能很好的满足现在运营需求，因此开展针对列车自动驾驶系统控制算法的研究是非常有

6、必要的。1．2国内外研究现状列车自动驾驶(ATO)系统是列车运行控制系统中的重要组成部分，能够模拟最佳司机的驾驶，实现正常情况下的高质量自动驾驶，提高运行效率，提高列车运行的舒适度，节约资源。随着城市轨道交通的发展，国内外对于列车自动驾驶系统相关的列车建模、优化和控制等问题展开了大量的研究。1996年，澳大利亚的PhilHowlea根据牛顿定理建立了列车的单质点模型，假定列车行驶线路梯度非恒定，给出了列车在考虑准时性到达下一站的最优节能控制策略瞵J。1997年，PllilHowlett对于列车行驶线路梯度为连续时变的情况展开研究，并给出最优的驾驶策略Ilj。2000年，以色列的Eugene

7、Khmelnitsky利用最大值理论得出了对列车在给jE塞銮道太堂亟±堂僮：迨塞曼[壹定路线考虑列车准时性时能耗最小的最优控制策略【40】。1999年，韩国的Seong．HoHan利用遗传算法实现了列车ATO速度节能最优控制，并与PhilHowler的优化方法进行比较，说明了方法的有效性【4lJ。1999年，台湾的Ciann．DongYang对动力分散型列车建立了多质点模型，模型中对车体之间的硬性耦合器和软性耦合器建立非