EA029113B1

EA029113B1 - Способ и система энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом

Info

Publication number: EA029113B1
Application number: EA201500083A
Authority: EA
Inventors: Леонид Михайлович Жебрак; Михаил Владимирович Сафро
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Смартвиз"
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2018-02-28
Also published as: EA201500083A1

Abstract

Изобретение предназначено для экономии энергии, затрачиваемой автономным железнодорожным подвижным составом, например тепловозом, на выполнение поездной и маневровой работы, при вождении поездов в автоматическом режиме или в режиме помощи машинисту. Технический результат от использования энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом заключается в снижении энергетических затрат на тягу поезда. Данный технический результат достигается за счет определения энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом для каждой координаты маршрута автономного железнодорожного подвижного состава: рассчитывается значение управляющего воздействия, с учетом потери мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования таким образом, чтобы суммарный расход энергии был минимален. Способ энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом включает следующие шаги: получают параметры автономного железнодорожного подвижного состава, включающие, по крайней мере, скорость, координату, значение управляющего воздействия; для каждой координаты пути определяют энергооптимальное управление, реализуемое тяговым и тормозным оборудованием автономного железнодорожного подвижного состава, на основании максимальной касательной мощности автономного железнодорожного подвижного состава; передают энергооптимальное управление, определенное на предыдущем шаге, в систему управления автономного железнодорожного подвижного состава для исполнения или отображения машинисту.

Description

изобретение относится к теории тяги рельсового транспортного средства и может быть использовано для оптимизации режима движения поезда с точки зрения энергозатрат на тягу при заданном времени прибытия на конечный пункт. Недостатком данного изобретения является то, что оно не предполагает учет расхода мощности на работу вспомогательного оборудования при определении наиболее экономичного режима движения.

Сущность изобретения

Данное изобретение направлено на устранение недостатков, присущих существующим аналогам.

Способ энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом включает следующие шаги: получают параметры автономного железнодорожного подвижного состава, включающие, по крайней мере, скорость, координату, значение управляющего воздействия; для каждой координаты пути определяют часть мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования, максимальную касательную мощность, энергооптимальное управление, реализуемое тяговым и тормозным оборудованием автономного железнодорожного подвижного состава, на основании максимальной касательной мощности автономного железнодорожного подвижного состава; передают энергооптимальное управление, определенное на предыдущем шаге, в систему управления автономного железнодорожного подвижного состава для исполнения или отображения машинисту.

Шаги способа энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом могут выполняться циклично. Требуемые параметры могут поступать от различных датчиков, установленных в автономном подвижном железнодорожном составе, и/или рассчитываться на их основании.

Скорость и текущее местоположение (координаты) автономного подвижного железнодорожного состава могут быть определены с помощью спутниковых систем навигации.

Навигационной системой автономного железнодорожного подвижного состава может являться система ОР8, и/или Г лонасс, и/или Бэйдоу. Для вычисления максимальной касательной мощности автономного подвижного железнодорожного состава может использоваться значение части мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава, при этом может дополнительно задаваться момент времени начала и продолжительность отбора части мощности автономного подвижного железнодорожного состава для покрытия затрат на работу вспомогательного оборудования. При определении энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом может задаваться требуемое время движения, требуемое время прибытия.

В качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать, но не ограничиваясь ими, компрессоры, системы обогрева, системы энергоснабжения пассажирских вагонов, системы охлаждения дизель-генераторов, системы охлаждения тяговых двигателей, системы охлаждения электронной системы управления автономного подвижного железнодорожного

- 1 029113

состава, системы охлаждения компрессоров, системы климат-контроля автономного железнодорожного подвижного состава.

Данное изобретение может быть выполнено в виде системы энергооптимального управления автономным подвижным составом, включающей: одно или более устройство обработки команд, одно или более устройство хранения данных, одну или более программ, где одна или более программ хранятся на одном или более устройстве хранения данных и исполняются на одном и более процессоре, причем одна или более программ включает следующие инструкции: получают параметры автономного железнодорожного подвижного состава, включающие, по крайней мере, скорость, координату, значение управляющего воздействия; для каждой координаты пути определяют часть мощности, которая тратиться на работу вспомогательного оборудования, максимальную касательную мощность, энергооптимальное управление, реализуемое тяговым и тормозным оборудованием автономного железнодорожного подвижного состава, на основании максимальной касательной мощности автономного железнодорожного подвижного состава; передают энергооптимальное управление, определенное на предыдущем шаге, в систему управления автономного железнодорожного подвижного состава для исполнения или отображения машинисту.

Скорость и текущее местоположение (координата) подвижного состава могут быть определены с помощью спутниковых систем навигации.

Навигационной системой автономного железнодорожного подвижного состава может являться система СР8. и/или Г лонасс, и/или Бэйдоу. Для вычисления максимальной касательной мощности автономного подвижного железнодорожного состава может использоваться значение части мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава, при этом может дополнительно определяться момент времени начала и продолжительность отбора части мощности автономного подвижного железнодорожного состава для покрытия затрат на работу вспомогательного оборудования. При определении энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом может задаваться требуемое время движения, требуемое время прибытия.

В качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать, но, не ограничиваясь ими, компрессоры, системы обогрева, системы энергоснабжения пассажирских вагонов, системы охлаждения дизель-генераторов, системы охлаждения тяговых двигателей, системы охлаждения электронной системы управления автономного подвижного железнодорожного состава, системы охлаждения компрессоров, системы климат-контроля автономного железнодорожного подвижного состава.

Технический результат от использования энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом заключается в снижении энергетических затрат на тягу поезда.

Данный технический результат достигается за счет определения энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом для каждой координаты маршрута автономного железнодорожного подвижного состава: рассчитывается значение управляющего воздействия, с учетом потери мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования, таким образом, что бы суммарный расход энергии был минимален.

Подробное описание изобретения

Данное изобретение в различных своих вариантах осуществления может быть выполнено в виде способа, в виде системы или машиночитаемого носителя, содержащего инструкции для выполнения вышеупомянутого способа.

В некоторых вариантах реализации изобретение может быть реализовано в виде распределенной компьютерной системы.

В данном изобретении под системой подразумевается компьютерная система, ЭВМ (электронновычислительная машина), ЧПУ (числовое программное управление), ПЛК (программируемый логический контроллер), компьютеризированные системы управления и любые другие устройства, способные выполнять заданную, чётко определённую последовательность операций (действий, инструкций).

Под устройством обработки команд подразумевается электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (программы).

Устройство обработки команд считывает и выполняет машинные инструкции (программы) с одного или более устройства хранения данных. В роли устройства хранения данных могут выступать, но, не ограничиваясь, жесткие диски (ΗΌΌ), флэш-память, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), твердотельные накопители (88Ό), оптические приводы.

Программа - последовательность инструкций, предназначенных для исполнения устройством управления вычислительной машины или устройством обработки команд.

- 2 029113

Мощность автономного железнодорожного подвижного состава есть объём, выполненной автономным железнодорожным подвижным составом работы, отнесённый к потраченному на его выполнение времени. В основном определяют касательную мощность, которую развивают движущие колёса при реализации расчётной или длительной касательной силы тяги автономного железнодорожного подвижного состава.

Для электровозов и тепловозов различают мощность длительного режима (её локомотив может развивать в течение длительного периода времени) и мощность часового режима (её локомотив может развивать в течение часа, после чего за допустимые рамки выходит нагрев электрических машин).

При построении плана энергооптимального управления (каждой координате пути соответствует значение управляющего воздействия таким образом, что суммарный расход энергии будет минимален) автономного подвижного состава необходимо учитывать максимальную касательную мощность. Поскольку автономный подвижной состав не имеет неограниченного источника мощности (например, в виде контактной сети), то часть мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования, отнимается от общей мощности и не может быть преобразована в движение.

В данном изобретении эффект экономии энергии достигается тем, что для каждой координаты пути определяется значение касательной мощности

К^к(х)= /%(%)· ν(χ)/3600 ,

где ν(χ) - скорость, в координате х (км/ч);

П(х) - касательная сила тяги автономного железнодорожного подвижного состава в координате х, Н,

таким образом, чтобы суммарный расход энергии был минимален:

Р _к(х)с1х —^тт

(х₀ - начальная координата маршрута; х_к - конечная координата маршрута).

Чем точнее известно максимальное значение и^к(х), тем точнее возможно решить задачу (1).

При этом для каждой координаты пути, касательная мощность определяется разностью между общей мощностью и той мощностью, которая тратится на работу вспомогательного оборудования:

(1)

где №^бщ(х) - мощность автономного подвижного состава;

\^гс'(\) - часть мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования. При этом общая мощность автономного подвижного состава ограничена:

Следовательно, чем точнее известно значение части мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования: Ν'^κ"(χ), тем точнее можно определить значение касательной мощности для каждой координаты пути, при котором суммарный расход энергии будет минимален.

В данном изобретении предполагается для каждой координаты маршрута определять №^сп(х), затем для каждой координаты маршрута определять максимальную касательную мощность (по формуле (2)), затем решать задачу (1). При этом значение ^^сп(х) может определяться для каждого устройства, потребляющего мощность, соответствующую его режиму работы и техническим характеристикам.

Например, мощность, потребляемая системой охлаждения двигателей зависит от температуры двигателей; мощность, потребляемая системой климат-контроля зависит от температуры в кабине машиниста.

Согласно изобретению способ энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом, включает следующие шаги:

Получают параметры автономного железнодорожного подвижного состава, включающие, по крайней мере, скорость, координату, значение управляющего воздействия.

Скорость и координаты автономного подвижного железнодорожного состава могут определяться, но не ограничиваясь, как на основе показаний датчиков (например, одометрический датчик), так и с использованием средств радионавигации, например ОР8, Глонасс.

Значение управляющего воздействия может определяться, но, не ограничиваясь, измерителем мощности. Системы измерения могут быть различными, зависят от типа энергетической установки автономного железнодорожного подвижного состава.

Для каждой координаты пути определяют часть мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования, максимальную касательную мощность, энергооптимальное управление, реализуемое тяговым и тормозным оборудованием автономного железнодорожного подвижного состава, на основании максимальной касательной мощности автономного железнодорожного подвижного состава, при котором касательная сила тяги автономного железнодорожного подвижного состава будет соответ- 3 029113

ствовать условию

Р _к(х)сЬс ~^тт

Передают энергооптимальное управление, определенное на предыдущем шаге, в систему управления автономного железнодорожного подвижного состава для исполнения или отображения машинисту. Специалисту в данной области, очевидно, что конкретные варианты осуществления способа и системы энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом были описаны здесь в целях иллюстрации, допустимы различные модификации, не выходящие за рамки и сущности объема изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом, при котором для каждой координаты пути

получают параметры автономного железнодорожного подвижного состава, включающие, по крайней мере, скорость, координату, значение управляющего воздействия, мощность автономного подвижного состава;

определяют часть мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования; определяют максимальную касательную мощность разностью между общей мощностью и той

мощностью, которая тратится на работу вспомогательного оборудования;

определяют энергооптимальное управление, реализуемое тяговым и тормозным оборудованием автономного железнодорожного подвижного состава, на основании ранеее определенного значения максимальной касательной мощности автономного железнодорожного подвижного состава, при котором суммарный расход энергии будет минимален;

передают энергооптимальное управление, определенное на предыдущем шаге, в систему управления автономного железнодорожного подвижного состава для исполнения или отображения машинисту.
2. Способ по п. 1, в котором шаги способа выполняются циклично.
3. Способ по п.1, в котором координаты и скорость автономного железнодорожного подвижного состава определяются с помощью навигационных систем.
4. Способ по п.1, в котором параметры автономного железнодорожного подвижного состава могут получать от датчиков, установленных на автономном железнодорожном составе, и/или рассчитываться на их основании.
5. Способ по п.3, характеризующийся тем, что навигационной системой автономного железнодорожного подвижного состава является система ОРЗ, и/или Глонасс, и/или Бэйдоу.
6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что для вычисления максимальной касательной мощности автономного подвижного железнодорожного состава используется значение части мощности, которая тратится на работу вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава.
7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что определяют момент времени начала отбора мощности автономного подвижного железнодорожного состава на работу вспомогательного оборудования.
8. Способ по п.1, характеризующийся тем, что определяют продолжительность отбора мощности автономного подвижного железнодорожного состава на работу вспомогательного оборудования.
9. Способ по п.1, характеризующийся тем, что для расчета энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом задается требуемое время движения.
10. Способ по п.1, характеризующийся тем, что для расчета энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом задается требуемое время прибытия.
11. Способ по п.6, характеризующийся тем, что в качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать системы охлаждения дизельгенераторов.
12. Способ по п.6, характеризующийся тем, что в качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать системы охлаждения тяговых двигателей.
13. Способ по п.6, характеризующийся тем, что в качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать системы охлаждения электронной системы управления автономного подвижного железнодорожного состава.
14. Способ по п.6, характеризующийся тем, что в качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать системы охлаждения компрессоров.
15. Способ по п.6, характеризующийся тем, что в качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать системы климат-контроля автономного железнодорожного подвижного состава.

- 4 029113
16. Способ по п.6, характеризующийся тем, что в качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать компрессоры.
17. Способ по п.6, характеризующийся тем, что в качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать системы обогрева пассажирских вагонов.
18. Способ по п.6, характеризующийся тем, что в качестве вспомогательного оборудования автономного подвижного железнодорожного состава могут выступать системы энергоснабжения пассажирских вагонов.
19. Система энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом, содержащая

по крайней мере одно устройство обработки команд; по крайней мере одно устройство хранения данных;

одну или более компьютерных программ, загружаемых по крайней мере в одно вышеупомянутое устройство хранения данных и выполняемых по крайне мере на одном из вышеупомянутых устройств обработки команд, при этом одна или более компьютерных программ содержат инструкции для выполнения способа по любому из пп.1-18.
20. Машиночитаемый носитель данных, содержащий исполняемые одним или более процессором машиночитаемые инструкции, которые при их исполнении реализуют выполнение способа энергооптимального управления автономным железнодорожным подвижным составом по любому из пп.1-18.