LU502941B1 - Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt, umfassend: S1: Erhalten von Betriebsbasisdaten; S2: Berechnen der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit und jeder Intervallfahrzeit auf der Grundlage der Zugbasisdaten; S3: Beurteilen, ob jede Intervallfahrzeit die Durchgangszeit-beschränkung erfüllt, wenn ja, Ausgeben der globalen optimalen Ziel-geschwindigkeit; andernfalls Fortfahren mit Schritt S4; S4: Ermitteln der Intervallfahrzeit mit der größten Abweichung von der Durchgangszeitbeschränkung innerhalb aller Intervallfahrzeiten; S5: Einstellen der lokalen Fahrgeschwindigkeit des Intervalls entsprechend der Intervallfahrzeit mit der größten Abweichung; S6: Ermitteln der Gesamtfahrzeit des Zuges innerhalb des gesamten Intervalls entsprechend der lokalen Fahrgeschwindigkeit; S7: Beurteilen, ob die Gesamtfahrzeit die Gesamtzeitbeschränkung erfüllt, wenn ja, Rückkehr zu Schritt S3, andernfalls Weitergehen zu Schritt S8; S8: Einstellen der globalen Zielgeschwindigkeit und Rückkehr zu Schritt S4.
Description
Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges LU502941 während seiner gesamten Fahrt
Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der
Zugbetriebssteuerung und insbesondere auf ein Verfahren zur Berechnung der optimalen
Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt.
Technologie im Hintergrund
Bis zum Jahr 2020 wird die nationale Fisenbahnstrecke 146.300km betragen. Der
Energieverbrauch für die Zugtraktion hat sich zu den Hauptkosten des Eisenbahnbetriebs entwickelt. Der Energieverbrauch für die Zugtraktion bezieht sich auf den Energieverbrauch, der durch den Prozess der Zugtraktion verursacht wird, der von der Manôvrierstrategie beeinflusst wird und daher die Erforschung einer energiesparenden Zugsteuerungstechnologie erfordert.
Der Zugbetrieb unterliegt Streckenbedingungs- und Fahrplanzwängen, die in
Gesamtfahrzeitzwänge und Durchgangszeitzwänge unterteilt sind. Zugbetrieb auf der Strecke ist oft lange Strecke, über mehrere Stationen von mehreren Intervallen Betriebsart, um die
Gesamtlaufzeit zu folgen, um die Linie Besetzung zu reduzieren, verbessern die Linie
Transporteffizienz, die Gesamtlaufzeit des Abschnitts für den Abschnitt von jedem Intervall nach der Laufgeschwindigkeit ohne zu stoppen durch den Bahnhof Laufzeitbeschränkung gemacht, bekannt als die durch Zeitbeschränkung. Die bisherigen Forschungsarbeiten zur energieeffizienten Zugsteuerung lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: energieeffiziente
Optimierung von Zügen in einer einzigen Zone und energieeffiziente Optimierung von Zügen in mehreren Zonen. Die erste Art von Optimierungsproblem berücksichtigt bei der
Modellierung und Lösung nur die Gesamtfahrzeit-beschränkung und ignoriert die tatsächliche
Situation von Zügen, die über mehrere Bahnhöfe fahren; das Optimierungsproblem der
Energieeinsparung für Züge in mehreren Bezirken wird hauptsächlich für Zeitvariablen modelliert und gelöst, was die Komplexität der Problemlösung stark erhöhen kann, und die vorhandenen Algorithmen umfassen hauptsächlich eine zweischichtige Optimierung und eine einschichtige Optimierung. Bei der zweischichtigen Optimierung wird in der Regel eine
Kombination aus „Zeit- und Energieschicht® verwendet, die während des
Berechnungsprozesses wiederholte Aufrufe der Energieschicht erfordert, wodurch die Struktur komplex und rechenintensiv wird; im Gegensatz dazu werden bei der einstufigen Optimierung zeitliche Beschränkungen in das Optimierungsmodell für die Energieeinsparung des Zuges einbezogen, was zu einem komplexeren Modell führt, und die meisten dieser Algorithmen sind für die Steuerung der Energieeinsparung in Kurzstreckenziigen mit Halt an Bahnhöfen, wie z.B. in U-Bahnen und Intercity-Zügen, und nicht für mehrere Bahnhöfe konzipiert.
Inhalt der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Berechnung der optimalen
Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt bereitzustellen, um die
Berechnungsrate zur Ermittlung der optimalen Zielgeschwindigkeit für die gesamte Fahrt erhöhen zu können und den Energieverbrauch des Zugbetriebes zu reduzieren.
Die technische Lösung des oben genannten technischen Problems der vorliegenden
Erfindung ist wie folgt:
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Berechnung der optimalen
Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt zur Verfügung, das Folgendes umfasst: LU502941
S1: Erhalten von Betriebsbasisdaten;
S2: Berechnen der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit und jeder Intervallfahrzeit auf der Grundlage der Zugbasisdaten;
S3: Beurteilen, ob jede Intervallfahrzeit die Durchgangszeitbeschränkung erfüllt, wenn ja,
Ausgeben der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit; andernfalls Fortfahren mit Schritt S4;
S4: Ermitteln der Intervallfahrzeit mit der größten Abweichung von der
Durchgangszeitbeschränkung innerhalb aller Intervallfahrzeiten;
SS: Einstellen der lokalen Fahrgeschwindigkeit des Intervalls entsprechend der
Intervallfahrzeit mit der größten Abweichung;
S6: Ermitteln der Gesamtfahrzeit des Zuges innerhalb des gesamten Intervalls entsprechend der lokalen Fahrgeschwindigkeit;
S7: Beurteilen, ob die Gesamtfahrzeit die Gesamtzeitbeschränkung erfüllt, wenn ja,
Rückkehr zu Schritt S3, andernfalls Weitergehen zu Schritt S8;
S8: Einstellen der globalen Zielgeschwindigkeit und Rückkehr zu Schritt S4.
Optional umfassen in dem Schritt S1 die betrieblichen Basisdaten grundlegende Zugdaten, grundlegende Streckendaten, Zugabschnittsfahrzeit und Durchgangszeit-beschränkungen, wobei die grundlegenden Zugdaten die Zuggesamtmasse, grundlegende
Betriebswiderstandskennwerte, Zugtraktionskennwerte und Brems-kennwerte umfassen; wobei die grundlegenden Streckendaten Rampen-informationen, Kurveninformationen und
Tunnelinformationen umfassen.
Optional umfasst der Schritt S2:
S21: Erstellung eines kinematischen Zugmodells und eines Energieverbrauchsmodells für den Zugbetrieb auf der Grundlage der Zugbasisdaten;
S22: Auf der Grundlage des kinematischen Zugmodells und des Energieverbrauchsmodells des Zugbetriebs wird eine Hamilton-Funktion erstellt;
S23: Gemäß der Hamilton-Funktion, unter Anwendung des Pontryagin'schen
Maximum-Prinzips, Erlangung der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit und der Laufzeit jedes Intervalls.
Optional wird in Schritt S21 das wissenschaftliche Zugbetriebsmodell: dv
Ve =u lk (v)-u,B(v)-w(v)-g (x) dt 1 dv u, und wu, sind die Steuerkoeffizienten für die Zugkraft bzw. die Bremskraft, die u,€[0,1],u, <[0,1] und u,-u, =0 genügen, F(v) ist die Zugkraft, B(v) ist die Bremskraft, w(v) ist der Grundfahrwiderstand des Zuges, g(x) ist der zusätzliche Widerstand der Strecke, v ist die Fahrgeschwindigkeit des Zuges, x ist der Fahrweg des Zuges, f ist die Fahrzeit des
Zuges.
Optional wird in Schritt S21 das Energieverbrauchsmodell für den Zugbetrieb:
AM AN LU502941 h minJ = | "u F(v) + (tn) + (4, — À dx
JF) kn) (Gm subject to t(x)— Hm (x) <0 tin (X)—1(x) <0 v(h)=0, v(h,.,) =0 t, und t; sind die späteste und früheste Ankunftszeit des Zuges an einer beliebigen
Position innerhalb des Intervalls (A,h,,) , dM/dx und dN/d sind komplementäre
Relaxationsfaktoren, die a ( — i) = 0, a > 0, an (cc, — () = 0, an > 0 genügen, dx dx dx dx
F(v) ist die Zugkraft, v ist die Zuggeschwindigkeit, x ist die Zugverschiebung, / ist die
Zuglaufzeit, A, ist die Startposition des Zuglaufintervalls (4,,4,.,), h,,, ist die Endposition des Zuglaufintervalls (h,h,,), fn) ist die Geschwindigkeit des Zuges in h, fn.) ist die Geschwindigkeit des Zuges in A, , , und J ist die Zielfunktion des minimalen
Energieverbrauchs.
Optional kann in dem Schritt S22 die Hamilton-Funktion sein: — dM / dn (2 À ul (v)—u,B(v)—w (v)-¢ (x)
H ==, F 0) + == Hm) Se (lin = ) + 7+ A( y u, und u, sind die Steuerkoeffizienten für die Zugkraft bzw. die Bremskraft, wobei u, e[0,1],, e[0,1] und u,-u, =0 genügen, F(v) für die Zugkraft, B(v) für die Bremskraft, w(v) für den Grundwiderstand des Zuges, g(x) für den zusätzlichen Leitungswiderstand, 7, und 1,, für die späteste und früheste Ankunftszeit des Zuges an einer beliebigen Position innerhalb des Intervalls (h,h,,) , dM/d und dN/d sind komplementäre
Relaxationsfaktoren, wobei at ( — 1.) = 0, at >0 , an (cc, — 1) = ©, a > 0 dx dx dx dx genügen, À und A, sind Begleitvariablen und dh __oH dA _ oH , Vist die dx ot dx ov
Zuggeschwindigkeit, x ist die Zugverschiebung und # ist die Zugfahrtzeit.
Optional umfasst der Schritt S23:
S231: Anwendung des Prinzips des größten Wertes von Pontryagin, um die Beziehung /502941 zwischen der optimalen Steuerbedingung des Zuges und der konstanten Geschwindigkeit bzw. den Begleitvariablen zu erhalten;
S232: Berechnung der Fahrzeit, die erforderlich ist, um den Zug wie beschrieben mit maximaler Kapazität zu betreiben;
S233: Beurteilung, ob die für den Betrieb mit maximaler Kapazität des Zuges erforderliche
Fahrzeit gleich der voreingestellten Gesamtfahrzeit ist, wenn ja, Ausgabe der Steuerbedingung für den Betrieb mit maximaler Kapazität, der konstanten Geschwindigkeit und der Fahrzeit jedes Intervalls, andernfalls Weitergehen zu Schritt S234;
S234: Einrichten von Zonen mit konstanter Geschwindigkeit in den Zonen, Verwenden der
Zonen mit konstanter Geschwindigkeit, um die optimalen Steuerbedingungen, die globale optimale Geschwindigkeit und die Laufzeit jeder Zone zu erhalten.
Optional, Schritt S3, Bestimmung, ob die Intervalllaufzeit die
Durchlaufzeiteinteilungsbeschränkung erfüllt, mittels einer Beurteilungsbedingung wie folgt:
I'<t, i=1,.,n
T, ist die Fahrzeit des Zuges im Intervall i, £; ist die Durchgangszeitbeschränkung, und n ist eine Konstante.
Die vorliegende Erfindung hat die folgenden vorteilhaften Wirkungen:
Die vorliegende Erfindung bezieht die Durchgangszeitbeschränkung in das
Energieverbrauchsmodell des Zuges ein, wodurch einerseits die optimale Zielgeschwindigkeit für die gesamte Zugfahrt mit geringerem Energieverbrauch und niedrigeren Betriebskosten erreicht werden kann und andererseits der normale Betrieb des Zuges ohne Störung der
Zugbetriebsreihenfolge sichergestellt werden kann.
Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
Bild 1 ist ein schematisches Diagramm der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Durchgangszeitbeschränkungen;
Bild 2 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Berechnung der optimalen
Zielgeschwindigkeit für die gesamte Zugfahrt gemäß der vorliegenden Erfindung;
Bild 3 zeigt ein Teilschritt-Flussdiagramm von Schritt S2 in Bild 2;
Bild 4 zeigt ein Unterschritt-Flussdiagramm von Schritt S23 in Bild 3.
Detaillierte Beschreibung
Die Grundsätze und Merkmale der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die angeführten Beispiele sollen die Erfindung nur erläutern und den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
Durchführungsbeispiele
Einige der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe werden zunächst erläutert:
Globale optimale Zielgeschwindigkeit: die Geschwindigkeit des Teils des
Traktionsdienstes, der die Bedingungen erfüllt, die erforderlich sind, um den Energieverbrauch des Zuges nach dem Pontryagin'schen Maximum-Prinzip (Pontryagin’s Maximum Principle,
PMP) für den gesamten Betriebsabschnitt zu minimieren;
Lokale optimale Zielgeschwindigkeit: die konstante Geschwindigkeit, die die
Durchlaufzeitbeschränkung erfüllt und den Energieverbrauch in einem bestimmten
Betriebsintervall minimiert;
Durchgangszeit: Die Zeit, die ein Zug benötigt, um im Betriebsabschnitt von einent/502941
Bahnhof zum anderen ohne Halt zu fahren.
Bezugnehmend auf Bild 1 ist 7, die Fahrzeit des Zuges im Intervall i, % ist die
Durchgangszeitbeschränkung, (h,h,,) stellt einen Zugfahrabschnitt dar, der n Fahrintervalle 5 enthält, in jedem Fahrintervall zur Erfüllung der Durchgangszeit-beschränkung (7; <t, i=1,...,n) , der gesamte Abschnitt zur Erfüllung der Gesamtfahrzeitbeschränkung or =T,) ; i=l
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Berechnung der optimalen
Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt bereit, das unter Bezugnahme auf Bild 2 dargestellt ist und Folgendes umfasst:
S1: Erhalten von Betriebsbasisdaten;
Hier umfassen die betrieblichen Basisdaten grundlegende Zugdaten, grundlegende
Streckendaten, Zugabschnittsfahrzeit 7, und Durchgangszeit-beschränkungen 7, , wobei die grundlegenden Zugdaten die Zuggesamtmasse M , grundlegende
Betriebswiderstandskennwerte w(v) , Zugtraktionskennwerte F (v) und Bremskennwerte
B(v) umfassen; wobei die grundlegenden Streckendaten Rampeninformationen,
Kurveninformationen und Tunnelinformationen g(x) umfassen.
S2: Berechnen der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit und jeder Intervallfahrzeit auf der Grundlage der Zugbasisdaten;
Optional, mit Bezug auf Bild 3, umfasst der Schritt S2:
S21: Erstellung eines kinematischen Zugmodells und eines Energieverbrauchs-modells fiir den Zugbetrieb auf der Grundlage der Zugbasisdaten;
Hier wird das kinematische Zugmodell beschrieben: dv vd (v) ub (v)-w()-g (x) d_1 dv u, und u, sind die Steuerkoeffizienten für die Zugkraft bzw. die Bremskraft, die u,€[0,1],u, <[0,1] und zw, u, #0 genügen, F(v) ist die Zugkraft, B(v) ist die Bremskraft, w(v) ist der Grundfahrwiderstand des Zuges, g(x) ist der zusätzliche Widerstand der Strecke, v ist die Fahrgeschwindigkeit des Zuges, x ist der Fahrweg des Zuges, # ist die Fahrzeit des
Zuges.
Das beschriebene Energieverbrauchsmodell für den Zugbetrieb lautet:
AM AN LU502941 . Anar minJ =], u F(v) +— (1-1) +—( fon —) dx subject to (X) fm (x) <0 tin (X)—1(x) <0 v(h)=0, v(h,.,) =0 ! e fin und ‘im sind die späteste und früheste Ankunftszeit des Zuges an einer beliebigen
Position innerhalb des Intervalls (sh) , d4Mldx und dN/& sind komplementäre
Dt) = 0, MM > 0 aN be, SE 0, IN > 0
Relaxationsfaktoren, die 4 dx , dx dx genügen,
F6) ist die Zugkraft, Ÿ ist die Zuggeschwindigkeit, X ist die Zugverschiebung, ! ist die
Zuglaufzeit, M ist die Startposition des Zuglaufintervalls (nf) Post ist die Endposition des Zuglaufintervalls (sh) vn) ist die Geschwindigkeit des Zuges in h vb.) ist die Geschwindigkeit des Zuges in Poi ‚und / ist die Zielfunktion des minimalen
Energieverbrauchs.
S22: Auf der Grundlage des kinematischen Zugmodells und des Energieverbrauchsmodells des Zugbetriebs wird eine Hamilton-Funktion erstellt;
Die beschriebene Hamilton-Funktion lautet: _ dM ! dN (e A ul (v) =u B(v)—w(v)-g(x)
H ==, F 0) + == Hm) Se (lin = ) + 7+ A( y u, und u, sind die Steuerkoeffizienten für die Zugkraft bzw. die Bremskraft, wobei w,e[0,1],u, e[0,1] und u,-u,=0 genügen, r(v, für die Zugkraft, Bp) für die Bremskraft, w(v) für den Grundwiderstand des Zuges, g(x) fir den zusätzlichen Leitungswiderstand, 7, und /, für die späteste und früheste
Ankunftszeit des Zuges an einer beliebigen Position innerhalb des Intervalls (hh), dM /dc und dN/d& sind komplementäre Relaxationsfaktoren, wobei dM ; dM dN dN . —W—-t )J=0—2>0, |, +1) = 0,— > 0 genügen, und A, sind dx ( |) dx dx (ic, ) dx g 8 A 2
Begleitvariablen und ah _ oH ab oH , v ist die Zuggeschwindigkeit, Sata dx or dx Ov ist die Zugverschiebung und # ist die Zugfahrtzeit.
S23: Gemäß der Hamilton-Funktion, unter Anwendung des Pontryagin'schen
Maximum-Prinzips, Erlangung der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit und der Laufzeit
Jedes Intervalls.
Optional, mit Bezug auf Bild 4, umfasst der Schritt S23:
S231: Anwendung des Prinzips des größten Wertes von Pontryagin, um die Beziehung zwischen der optimalen Steuerbedingung des Zuges und der konstanten Geschwindigkeit bzw. den Begleitvariablen zu erhalten;
S232: Berechnung der Fahrzeit, die erforderlich ist, um den Zug wie beschrieben mit maximaler Kapazität zu betreiben;
S233: Beurteilung, ob die für den Betrieb mit maximaler Kapazität des Zuges erforderliche
Fahrzeit gleich der voreingestellten Gesamtfahrzeit ist, wenn ja, Ausgabe der Steuerbedingung für den Betrieb mit maximaler Kapazität, der konstanten Geschwindigkeit und der Fahrzeit jedes Intervalls, andernfalls Weitergehen zu Schritt S234;
S234: Einrichten von Zonen mit konstanter Geschwindigkeit in den Zonen, Verwenden der
Zonen mit konstanter Geschwindigkeit, um die optimalen Steuerbedingungen, die globale optimale Geschwindigkeit und die Laufzeit jeder Zone zu erhalten.
Dabei kann die voreingestellte Gesamtlaufzeit eine beliebige voreingestellte
Gesamtlaufzeit sein, die von einem Fachmann entsprechend der tatsächlichen Situation eingestellt werden kann, ohne dass die vorliegende Erfindung eine besondere Einschränkung erfährt.
Konk . . . . 0 0 = A, /v : ; onkret wird die neue Begleitvariable ( ) definiert, so dass die
Hamilton-Funktion weiter in umgewandelt werden kann: 1 =(0 1) (v)-0-1,8(v)-0-(w(v) +2 (0) + A LG —) v dk mode
Nach dem PMP lassen sich fiinf optimale Steuerungsbedingungen fiir Ziige ermitteln, wie in Tabelle 1 dargestellt:
Tabelle 1 Steuerungskoeffizienten für =— Zugbetriebsarten und = optimale
Steuerungsbedingungen
Begleitende . . Kontrollkoeffizienten für optimale i Arbeitsweise ;
Variablen Kontrollbedingungen
Maximale 0-1 Traktion (FP) ul, 1670 0=1 (ep) Partielle Traktion 0<u<1, 1y=0 0<0<1 Leerlauf (C) u=0, upy=0 0-0 PB) Teilbremsung n=0, O<m<1
Maximale 0<0 Abbremsung (FB) u=0, mp1
Ohne Berücksichtigung der Durchgangszeitbeschränkung, d. h. durch gleichzeitiges
Setzen von dM/dx=0 und dN/dx=0 , erhält man die Differentialgleichungen für di&U502941
Begleitvariablen und die Beziehung zwischen den Begleitvariablen und der globalen optimalen
Geschwindigkeit, wobei V, die globale optimale Geschwindigkeit ist: dé 1-6 6 6 A —=—uF"'(v)+—uB'(v)+—w'(v)+—
RS UE (V) BG) WE) +55 2.
VW )=A
Danach wird die optimale Geschwindigkeit des Zuges und die Fahrzeit für jedes Intervall ermittelt (1) Berechnen Sie die Gesamtfahrzeit, die erforderlich ist, um den Zug mit maximaler
Kapazität zu betreiben, und vergleichen Sie sie mit der vorgegebenen Gesamtfahrzeit; (2) Wenn sie gleich sind, geben Sie die Sequenz der Kontrollbedingungen für den Betrieb mit maximaler Kapazität, die konstante Geschwindigkeit und die Laufzeit für jedes Intervall zurück; (3) Wenn ersteres kleiner als letzteres ist, initialisieren Sie À, und V,, teilen und erstellen
Sie die Rampenpartitionsliste, fügen Sie die Zone mit konstanter Geschwindigkeit für den
Intervallanfang und die Zone mit konstanter Geschwindigkeit für das Intervallende am Anfang bzw. am Ende der Partitionsliste ein, durchlaufen Sie die Partitionsliste, realisieren Sie die
Verbindung zwischen dem Teil der Zonen mit konstanter Geschwindigkeit für die
Traktionsbedingung, die die Beschränkung der Gesamtzeit und die Beschränkung der
Geschwindigkeit erfüllen, und geben Sie die optimale Kontrollbedingungssequenz, V, und die entsprechende Laufzeit 7 für jedes Intervall zurück.
S3: Beurteilen, ob jede Intervallfahrzeit die Durchgangszeitbeschränkung erfüllt, wenn ja,
Ausgeben der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit; andernfalls Fortfahren mit Schritt S4;
Bestimmen Sie anhand der folgenden Beurteilungsbedingung, ob die Laufzeit jedes beschriebenen Intervalls die Durchlaufzeitbeschränkung erfüllt:
Ts<t, i=1,.,n
ZT 1st die Fahrzeit des Zuges im Intervall 7, t, ist die Durchgangszeitbeschränkung, und n ist eine Konstante.
S4: Ermitteln der Intervallfahrzeit mit der größten Abweichung von der
Durchgangszeitbeschränkung innerhalb aller Intervallfahrzeiten;
Sie wird hauptsächlich durch Suchen gewonnen, d. h. durch die Suche nach dem Intervall 7 (max AT = [7 —1)| ) mit der größten Zeitabweichung und die Berechnung der lokal optimalen
Geschwindigkeit V, , die die Durchgangszeitbeschränkung für dieses Intervall erfüllt, ohne
Berücksichtigung der Gesamtlaufzeitbeschränkung, in den folgenden Schritten:
Ermitteln Sie die Funktion des minimalen Traktionsenergieverbrauchs für den Zug im i-ten
Intervall:
. A, b LU502941 min J, = ["E(wV,)-E(V,.V, e+ | E (mV )-E (VV, dx . hi d minJ, =[ E(OV)-E(N, Jet £ (VE (KV, Jde subject to t(x)—tim (*) < O fin (x) —2(x)<0 v(a)=v(d)=V,v(b)=v(c)=V,
Wobei,
Au)
E(v,V,)= 5 +w(v) v0) 0)
V, ist die globale optimale Geschwindigkeit, V, ist die lokale optimale Geschwindigkeit des i-ten Intervalls, und fm (x) und f£ (x) sind die spätesten und frühesten Ankunftszeiten der Züge an einem beliebigen Ort innerhalb des Intervalls 7.
Anschließend wird die Beziehung zwischen der globalen und lokalen optimalen konstanten Geschwindigkeit und den Begleitvariablen analysiert: ao 1-0 1,00 0 vi) v(V)
Fa (v)+ zw (V)-— Han "5 Kons) de 8 x vw) vo)
WO Ma) TT Aa) 1 xe(ah)
Wobei, = ‘*, 6(a)=6(b)=1 und 6(c)=6(d)=1. ony ete) 9la)=0(6)=1 und O(e)=0(d)
Passen Sie die Zielgeschwindigkeit an und berechnen Sie die Gesamtfahrzeit des Zuges für den gesamten Abschnitt. (1) Setzen Sie die globale Zielgeschwindigkeit VC zurüek (V"< pe, pe =1/ 2(V” —V” ) ), indem Sie V° = pos VV" =0 setzen; (2) Die Methode der lokalen optimalen Geschwindigkeitsanpassung ist so beschaffen, dass, wenn 7, >t, V, erhöht, andernfalls verringert wird, so dass die Durchgangszeitbeschränkung für das i-te Intervall erfüllt ist, wenn die Zuggeschwindigkeit V, beträgt; (3) Rückgabe von V , V,, der Fahrzeit 7 für jede Zone und der Gesamtzugfahrzeit n LU502941 > 1, für die gesamte Zone. i=l
SS: Einstellen der lokalen Fahrgeschwindigkeit des Intervalls entsprechend der
Intervallfahrzeit mit der größten Abweichung;
S6: Ermitteln der Gesamtfahrzeit des Zuges innerhalb des gesamten Intervalls entsprechend der lokalen Fahrgeschwindigkeit;
S7: Beurteilen, ob die Gesamtfahrzeit die Gesamtzeitbeschränkung erfüllt, wenn ja,
Rückkehr zu Schritt S3, andernfalls Weitergehen zu Schritt S8;
S8: Einstellen der globalen Zielgeschwindigkeit und Rückkehr zu Schritt S4.
Die vorliegende Erfindung hat die folgenden vorteilhaften Wirkungen:
Die vorliegende Erfindung bezieht die Durchgangszeitbeschränkung in das
Energieverbrauchsmodell des Zuges ein, wodurch einerseits die optimale Zielgeschwindigkeit für die gesamte Zugfahrt mit geringerem Energieverbrauch und niedrigeren Betriebskosten erreicht werden kann und andererseits der normale Betrieb des Zuges ohne Störung der
Zugbetriebsreihenfolge sichergestellt werden kann.
Die vorstehenden Ausführungen stellen nur eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar und sollen die Erfindung nicht einschränken. Alle Änderungen, gleichwertigen Ersetzungen, Verbesserungen usw., die im Rahmen des Geistes und der
Grundsätze der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Claims (8)
1. Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: S1: Erhalten von Betriebsbasisdaten; S2: Berechnen der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit und jeder Intervallfahrzeit auf der Grundlage der Zugbasisdaten; S3: Beurteilen, ob jede Intervallfahrzeit die Durchgangszeitbeschränkung erfüllt, wenn ja, Ausgeben der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit; andernfalls Fortfahren mit Schritt S4; S4: Ermitteln der Intervallfahrzeit mit der größten Abweichung von der Durchgangszeitbeschrankung innerhalb aller Intervallfahrzeiten; SS: Einstellen der lokalen Fahrgeschwindigkeit des Intervalls entsprechend der Intervallfahrzeit mit der größten Abweichung; S6: Ermitteln der Gesamtfahrzeit des Zuges innerhalb des gesamten Intervalls entsprechend der lokalen Fahrgeschwindigkeit; S7: Beurteilen, ob die Gesamtfahrzeit die Gesamtzeitbeschränkung erfüllt, wenn ja, Rückkehr zu Schritt S3, andernfalls Weitergehen zu Schritt S8; S8: Einstellen der globalen Zielgeschwindigkeit und Riickkehr zu Schritt S4.
2. Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt S1 die betrieblichen Basisdaten grundlegende Zugdaten, grundlegende Streckendaten, Zugabschnittsfahrzeit und Durchgangszeit-beschränkungen umfassen, wobei die grundlegenden Zugdaten die Zuggesamtmasse, grundlegende Betriebswiderstandskennwerte, Zugtraktionskennwerte und Brems-kennwerte umfassen; wobei die grundlegenden Streckendaten Rampen-informationen, Kurveninformationen und Tunnelinformationen umfassen.
3. Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S2 umfasst: S21: Erstellung eines kinematischen Zugmodells und eines Energieverbrauchsmodells für den Zugbetrieb auf der Grundlage der Zugbasisdaten; S22: Auf der Grundlage des kinematischen Zugmodells und des Energieverbrauchsmodells des Zugbetriebs wird eine Hamilton-Funktion erstellt; S23: Gemäß der Hamilton-Funktion, unter Anwendung des Pontryagin'schen Maximum-Prinzips, Erlangung der globalen optimalen Zielgeschwindigkeit und der Laufzeit Jedes Intervalls.
4. Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt S21 das wissenschaftliche Zugbetriebsmodell ist: dv Vi A uk (v)-u,B (v)-w()-g (x) dt 1 dv u, und u, sind die Steuerkoeffizienten für die Zugkraft bzw. die Bremskraft, die a a LU502941 u, e [0,1], <[0,1] und wu, -u, =0 genügen, r(v) ist die Zugkraft, B(v) ist die Bremskraft, w(v) ist der Grundfahrwiderstand des Zuges, g(x) ist der zusätzliche Widerstand der Strecke, v ist die Fahrgeschwindigkeit des Zuges, x ist der Fahrweg des Zuges, f ist die Fahrzeit des Zuges.
5. Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt S21 das Energieverbrauchsmodell für den Zugbetrieb ist:
. Anar dM dN minJ = J, u F(v) 250 fan) +—( fon —) dx subject to (X) fm (x) <0 tin (X)—1(x) <0 v(h)=0, v(h,.,) =0 t, und t; sind die späteste und früheste Ankunftszeit des Zuges an einer beliebigen Position innerhalb des Intervalls (h,h,,), dM/dx und dN/d sind komplementäre Relaxationsfaktoren, die a ( — i) = 0, a > 0, an (cc, — () = 0, an > 0 genügen, dx dx dx dx F(v) ist die Zugkraft, v ist die Zug-geschwindigkeit, x ist die Zugverschiebung, / ist die Zuglaufzeit, A, ist die Startposition des Zuglaufintervalls (h,h,.,), h,,, ist die Endposition des Zuglaufintervalls (h,h,,), fn) ist die Geschwindigkeit des Zuges in h, fn.) ist die Geschwindigkeit des Zuges in 4, , , und J ist die Zielfunktion des minimalen Energieverbrauchs.
6. Fin Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt S22 die Hamilton-Funktion H ist: _ dM ; \ dN. A u,F(v)-u,B(v)-w(v)-2 (x H =u 0) + == ) + == (in —1 D+ = aa BC 6) 566), u, und 4, sind die Steuerkoeffizienten für die Zugkraft bzw. die Bremskraft, wobei u, e[0,1],, e[0,1] und u,-u, =0 genügen, F(v) für die Zugkraft, B(v) für die Bremskraft, w(v) für den Grundwiderstand des Zuges, g(x) für den zusätzlichen Leitungswiderstand,
t, und #; für die späteste und früheste Ankunftszeit des Zuges an einer beliebigen Position innerhalb des Intervalls (h,h,.,) , dM/d und dN/dx sind komplementäre Relaxationsfaktoren, wobei a ( — i) = 0, a >0 , an (cc, — 1) = ©, a > 0 dx dx dx dx genügen, À und A, sind Begleitvariablen und dh OH ab __ 0H. , v ist die dx ot dx ov Zuggeschwindigkeit, x ist die Zugverschiebung und # ist die Zugfahrtzeit.
7. Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S23 umfasst: S231: Anwendung des Pontryagin'schen Maximum-Prinzip, um die Beziehung zwischen der optimalen Steuerbedingung des Zuges und der konstanten Geschwindigkeit bzw. den Begleitvariablen zu erhalten; S232: Berechnung der Fahrzeit, die erforderlich ist, um den Zug wie beschrieben mit maximaler Kapazität zu betreiben; S233: Beurteilung, ob die für den Betrieb mit maximaler Kapazität des Zuges erforderliche Fahrzeit gleich der voreingestellten Gesamtfahrzeit ist, wenn ja, Ausgabe der Steuerbedingung für den Betrieb mit maximaler Kapazität, der konstanten Geschwindigkeit und der Fahrzeit jedes Intervalls, andernfalls Weitergehen zu Schritt S234; S234: Einrichten von Zonen mit konstanter Geschwindigkeit in den Zonen, Verwenden der Zonen mit konstanter Geschwindigkeit, um die optimalen Steuerbedingungen, die globale optimale Geschwindigkeit und die Laufzeit jeder Zone zu erhalten.
8. Ein Verfahren zur Berechnung der optimalen Zielgeschwindigkeit eines Zuges während seiner gesamten Fahrt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S3 bestimmt, ob die Intervallfahrzeit die Durchgangszeit-beschrankung mittels der folgenden Beurteilungsbedingung erfüllt: Ts<t, i=1,.,n T, ist die Fahrzeit des Zuges im Intervall i, f, ist die Durchgangszeitbeschränkung, und n ist eine Konstante.
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