高速磁浮列车运行节能优化方法、系统及存储介质.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113821966A(43)申请公布日2021.12.21(21)申请号202011540634.8G06F111/06(2020.01)(22)申请日2020.12.23G06F119/14(2020.01)(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号申请人中车青岛四方机车车辆股份有限公司(72)发明人赵思哲李蔚刘纪龙陈春阳冉治刘哲霖(74)专利代理机构长沙正奇专利事务所有限责任公司43113代理人郭立中王娟(51)Int.Cl.G06F30/27(2020.01)G06N3/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称高速磁浮列车运行节能优化方法、系统及存储介质(57)摘要本发明公开了一种高速磁浮列车运行节能优化方法、系统及存储介质，首先根据高速磁浮列车运行过程设计列车牵引计算模型，构造能耗、时间、停车点、平稳性四项节能性能指标量化函数，建立列车运行曲线多目标优化模型，然后采用萤火虫算法对列车节能优化问题进行求解。本方法能够依据区间内线路坡度、速度限制、列车牵引特性、制动特性等信息，快速搜索出不同计划运行时间条件下的节能运行曲线，同时满足高速磁浮列车行驶的节能性、准时性、安全性和平稳性要求，按照本方法搜索出的运行曲线指导列车运行可以有效降低列车能耗。CN113821966ACN113821966A权利要求书1/2页1.一种高速磁浮列车运行节能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立列车运行曲线多目标优化模型：fe＝min{E,ΔT,ΔS,G}；其中，fe为列车运行曲线优化模型的目标函数；E为列车运行总能耗；ΔT为时间偏差值；ΔS为停车位置偏差值；G为列车平稳性指标值；v为列车运行速度；m为列车质量；f(v)为列车受到的单位牵引力；w(s)为列车在位置s受到的单位阻力；b(v)为列车受到的单位制动力；si为每一个时间步长内列车的行驶距离；S为列车最终的停车位置；v(0)为列车在初始位置时的行驶速度；v(S)为列车在最终停车位置时的行驶速度；t(0)为列车行驶到初始位置时所花费的时间；t(S)为列车行驶到停车位置时所花费的时间；vmax为运行线路的限速值；T0为列车图定运行时间；S2、利用所述列车运行曲线多目标优化模型计算得到最优的列车运行曲线和对应的电能消耗量。2.根据权利要求1所述的高速磁浮列车运行节能优化方法，其特征在于，S2中，列车运行曲线多目标优化模型的具体求解过程包括：1)初始化萤火虫种群，即根据线路数据与列车数据生成初始驾驶策略；2)计算萤火虫种群中各个个体的适应度值Q：k1、k2、k3、k4为权重系数；E为列车运行能耗；ΔT为时间偏差值；ΔS为停车位置偏差值；G为列车平稳性指标值；3)根据所述个体适应度值完成个体荧光素值更新，对萤火虫个体之间进行亮度比较，根据亮度更新个体荧光素值；个体荧光素值更新的公式如下：li(t+1)＝(1‑ρ)·li(t)+γ·Q(t+1)；其中，li(t+1)为第t+1代萤火虫个体i的亮度值；ρ为荧光素值挥发系数；li(t)为第t代萤火虫个体i的亮度值；γ为荧光素值的增强系数；Q(t+1)为第t+1代萤火虫个体i的适应度值；4)利用下式更新萤火虫位置和感知半径，实现萤火虫种群合并与替换：其中，xi(t+1)为萤火虫个体i移动后的位置；xi(t)为萤火虫个体i移动前的位置；σ为萤火虫个体移动步长；||xj(t)‑xi(t)||为萤火虫个体i与萤火虫个体j之间的笛卡尔距离；为萤火虫个体i移动后的感知半径；rs为种群中感知半径的最大值；为萤火虫个体i移动前的感知半径；β为感知半径缩放系数；ni为萤火虫个体感知范围内规定的优秀个体数；|Ni(t)|为萤火虫个体感知范围内实际的优秀个体数；5)判断是否达到最大迭代次数，若未达到，转到步骤2)，否则，输出荧光素值最大的萤2CN113821966A权利要求书2/2页火虫个体对应的序列S＝[s1,s2…,sn‑1]和参数E，所述序列S＝[s1,s2…,sn‑1]和参数E分别表示列车运行曲线及列车运行曲线对应的电能消耗值，结束。3.根据权利要求2所述的高速磁浮列车运行节能优化方法，其特征在于，为时间区间Δt内的平均加速度。4.根据权利要求2所述的高速磁浮列车运行节能优化方法，其特征在于，其中，μf为列车牵引时电能转化为机械能的效率；F(v)为列车输出的牵引力；s0为列车输出牵引力的路程区间；B(v)为列车输出的制动力；μb为列车制动时机械能转化为电能的效率；s1为列车输出制动力的路程区间；A为单位时间内的辅助能耗；T为列车实际运行时间。5.根据权利要求2～4之一所述的高速磁浮列车运行节能优化方法，其特征在于，所述初始驾