ATO目标速度曲线优化及跟随控制研究

论文摘要

列车自动运行ATO系统是列车运行控制ATC系统的重要子系统,其在列车超速防护(ATP)子系统的实时监控下保证列车安全、高效、准点的运行。现阶段,由于我国高速铁路的蓬勃发展,列车运行速度提高、行车密度加大,人工驾驶模式已很难满足列车运行的控制要求。因此,为了提高列车运行的效率,降低司机的劳动强度,需要开发高效智能的ATO系统实现对列车的自动控制。本文结合高速铁路列车运行控制的特点,应用粒子群优化算法和模糊自适应控制理论,对适合高速铁路的ATO系统算法进行了深入的研究。论文在深入剖析ATO系统结构功能的基础上,对列车运行中的控制策略和优化运行原则进行总结,分别建立模型对ATO系统的控制性能指标进行描述。以列车运行中的工况转换点为优化对象,列车运行中的安全性为约束,精确停车、准点、舒适性以及能耗为多目标优化函数,采用粒子群算法优化生成ATO目标速度曲线,通过研究分析模糊控制和自适应控制理论,综合两者的优点,运用模糊自适应控制理论设计ATO速度控制器,并将其控制性能与PID控制进行比较分析。最后,以CRH2型动车组为实例控制对象,结合典型的线路数据,设计相应的仿真软件对该算法进行仿真分析。本文将粒子群算法和模糊自适应控制理论应用于ATO系统的研究中,仿真结果表明,应用该算法能满足ATO系统对列车运行控制的各个性能指标要求。期望能为ATO系统的研究与开发扩展思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 国内外发展历史与现状
• 1.3 论文研究的目的与意义
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 ATO系统的结构及数学模型
• 2.1 ATO系统的结构功能
• 2.1.1 ATO系统结构
• 2.1.2 ATO系统功能
• 2.2 列车运行模型描述
• 2.2.1 列车牵引计算模型
• 2.2.2 定点停车模型
• 2.2.3 行车时间模型
• 2.2.4 能耗模型
• 2.2.5 舒适度模型
• 2.3 列车自动运行控制策略
• 2.3.1 列车控制策略分析
• 2.3.2 列车运行优化控制原则
• 2.4 小结
• 第3章 ATO目标速度曲线优化生成
• 3.1 线路及列车参数描述
• 3.1.1 线路参数描述简化及设计
• 3.1.2 列车参数描述
• 3.2 粒子群算法求解多目标优化问题
• 3.2.1 粒子群算法概述
• 3.2.2 算法原理
• 3.2.3 与其它进化算法的比较
• 3.2.4 带惯性权重的粒子群算法
• 3.2.5 多目标优化问题及其解
• 3.3 ATO目标速度曲线求解
• 3.3.1 目标速度曲线模型的变量
• 3.3.2 初始种群生成
• 3.3.3 适应度评价
• 3.3.4 更新策略
• 3.3.5 ATO目标速度曲线优化生成
• 3.4 小结
• 第4章 ATO速度控制器设计
• 4.1 速度控制系统问题描述
• 4.2 模糊自适应控制理论概述
• 4.3 模糊自适应速度控制器的性能要求
• 4.3.1 稳态性能
• 4.3.2 动态性能
• 4.3.3 稳定性
• 4.3.4 鲁棒性
• 4.4 模糊自适应速度控制器的设计
• 4.4.1 输入输出量分析
• 4.4.2 隶属度函数的确定
• 4.4.3 模糊控制规则
• 4.4.4 模糊推理
• 4.4.5 清晰化
• 4.4.6 模糊自适应PID速度控制器算法设计
• 4.5 小结
• 第5章 列车自动运行方案的仿真
• 5.1 ATO仿真系统总体结构
• 5.2 ATO系统仿真结果及分析
• 5.2.1 ATO系统仿真结果
• 5.2.2 仿真结果分析
• 5.3 ATO系统仿真界面设计
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文