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基于预测控制的城市轨道交通列车运行调整研究

作　者: 徐蒨
导　师: 郜春海
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 列车运行调整预测控制时刻表调整间隔调整
分类号: U292.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着城市化进程的加快和列车运行控制技术的发展,城市轨道交通的建设迎来了一个高峰期。地铁建设的网络化,给旅客提供了便利的同时,也对列车运行调整提出了挑战。基于通信的列车运行控制(Communications-based Train Control,CBTC)技术在城市轨道交通中的广泛应用,大大的缩短了列车的追踪间隔,对列车运行调整的实时性提出了更高的要求。但是现阶段尚没有一个成熟高效的列车运行调整技术。因此,在当前环境下进行运行调整的相关理论的研究是很有必要的。本文主要进行了基于预测控制的列车自动调整的建模以及算法的实现,并在仿真环境下对算法进行了验证。首先,论文通过对运行调整的难点以及目前存在的问题进行深入地分析,结合预测控制算法的优点,提出将预测控制算法应用到解决列车运行调整的难点问题中。其次,介绍了目前列车运行调整的两种基本策略——时刻表调整和行车间隔调整的原理和方法,又从帽子曲线的原理角度深入分析以上两种调整策略的调整思想。再次,针对城市轨道交通列车运行的特点,建立了列车运行的数学模型,并在此基础上,提出了列车运行调整的预测模型,模型的约束条件及优化性能指标。结合优化目标,对模型中的系数进行了校正,提出了应用内点算法进行控制量的优化计算,并结合调整的实际特点,从滚动窗口和递归优化两方面减少了计算的时间,满足了调整的实时性要求。最后,论文以北京地铁亦庄线为背景构建了一个仿真验证平台。根据北京地铁亦庄线的线路数据和运营情况,进行了列车在多种不同晚点情况下的仿真实验。通过仿真实验得到调整控制器相关参数设计的基本原则,实验结果显示了论文建立的自动调整模型和预测控制算法有着较高的有效性和实时性。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-18
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 列车运行调整的难点  12-13
  1.3 列车运行调整目前存在的问题  13
  1.4 列车运行调整的研究概况  13-16
    1.4.1 优先调度规则(Priority Dispatch Rules,PDR)的方法  14
    1.4.2 仿真模拟的方法  14
    1.4.3 基于运筹学优化理论的方法  14-15
    1.4.4 人工智能(Artificial Intelligence,AI)的方法  15
    1.4.5 智能计算的方法  15-16
    1.4.6 预测控制的方法  16
  1.5 论文的研究内容及组织结构  16-17
  1.6 本章小结  17-18
2 列车运行调整的原理  18-26
  2.1 列车运行调整的策略  18-22
    2.1.1 时刻表调整  18-20
    2.1.2 行车间隔调整  20-22
  2.2 帽子曲线原理  22-24
    2.2.1 晚点传播的特性及产生的条件  22-23
    2.2.2 帽子曲线的意义与特性  23-24
  2.3 本章小结  24-26
3 基于预测控制的列车运行调整研究  26-45
  3.1 预测控制算法的基本原理  26-29
    3.1.1 预测模型  26-27
    3.1.2 滚动优化  27-28
    3.1.3 反馈校正  28-29
  3.2 内点算法  29-31
  3.3 基于预测模型的列车调整控制器的设计  31-44
    3.3.1 城市轨道交通列车运行的建模  31-33
    3.3.2 城市轨道交通列车调整的预测模型  33-39
      3.3.2.1 单车调整的预测模型  33-36
      3.3.2.2 多车调整的预测模型(系统模型)  36-39
    3.3.3 列车运行调整的优化指标  39-40
    3.3.4 列车运行调整的优化算法  40-44
      3.3.4.1 滚动窗口  41
      3.3.4.2 递归优化  41-44
  3.4 本章小结  44-45
4 仿真实验结果分析  45-65
  4.1 仿真平台的结构  45-47
  4.2 仿真实验分析  47-64
    4.2.1 仿真的基础数据  47-50
    4.2.2 仿真控制流程总体设计  50-53
    4.2.3 仿真实例分析  53-64
      4.2.3.1 晚点情况分析  53-55
      4.2.3.2 预测控制器的参数设定及结果对比分析  55-60
      4.2.3.3 仿真结果分析  60-64
  4.3 本章小结  64-65
5 结论  65-67
  5.1 论文的主要工作  65
  5.2 系统展望  65-67
参考文献  67-69
图索引  69-70
表索引  70-71
作者简历  71-73
学位论文数据集  73

基于预测控制的城市轨道交通列车运行调整研究

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