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ATO目标速度曲线优化及跟随控制研究

作　者: 安志强
导　师: 王长林
学　校: 西南交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 列车自动运行粒子群算法模糊自适应系统仿真
分类号: U284.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-15
  1.1 论文的研究背景  11-12
  1.2 国内外发展历史与现状  12-13
  1.3 论文研究的目的与意义  13-14
  1.4 论文主要研究内容  14-15
第2章 ATO系统的结构及数学模型  15-24
  2.1 ATO系统的结构功能  15-16
    2.1.1 ATO系统结构  15-16
    2.1.2 ATO系统功能  16
  2.2 列车运行模型描述  16-19
    2.2.1 列车牵引计算模型  17-18
    2.2.2 定点停车模型  18
    2.2.3 行车时间模型  18
    2.2.4 能耗模型  18-19
    2.2.5 舒适度模型  19
  2.3 列车自动运行控制策略  19-23
    2.3.1 列车控制策略分析  19-21
    2.3.2 列车运行优化控制原则  21-23
  2.4 小结  23-24
第3章 ATO目标速度曲线优化生成  24-42
  3.1 线路及列车参数描述  24-28
    3.1.1 线路参数描述简化及设计  24-26
    3.1.2 列车参数描述  26-28
  3.2 粒子群算法求解多目标优化问题  28-33
    3.2.1 粒子群算法概述  28
    3.2.2 算法原理  28-30
    3.2.3 与其它进化算法的比较  30
    3.2.4 带惯性权重的粒子群算法  30-31
    3.2.5 多目标优化问题及其解  31-33
  3.3 ATO目标速度曲线求解  33-41
    3.3.1 目标速度曲线模型的变量  33-34
    3.3.2 初始种群生成  34-35
    3.3.3 适应度评价  35-38
    3.3.4 更新策略  38
    3.3.5 ATO目标速度曲线优化生成  38-41
  3.4 小结  41-42
第4章 ATO速度控制器设计  42-57
  4.1 速度控制系统问题描述  42
  4.2 模糊自适应控制理论概述  42-43
  4.3 模糊自适应速度控制器的性能要求  43-46
    4.3.1 稳态性能  44
    4.3.2 动态性能  44-45
    4.3.3 稳定性  45-46
    4.3.4 鲁棒性  46
  4.4 模糊自适应速度控制器的设计  46-56
    4.4.1 输入输出量分析  46-47
    4.4.2 隶属度函数的确定  47-49
    4.4.3 模糊控制规则  49-50
    4.4.4 模糊推理  50
    4.4.5 清晰化  50
    4.4.6 模糊自适应PID速度控制器算法设计  50-56
  4.5 小结  56-57
第5章列车自动运行方案的仿真  57-65
  5.1 ATO仿真系统总体结构  57-59
  5.2 ATO系统仿真结果及分析  59-61
    5.2.1 ATO系统仿真结果  59-60
    5.2.2 仿真结果分析  60-61
  5.3 ATO系统仿真界面设计  61-64
  5.4 小结  64-65
结论与展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71

ATO目标速度曲线优化及跟随控制研究

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