地铁列车运行速率曲线优化控制(2)
随着地铁的发展，地铁的能耗问题逐渐凸显出来，如何对地铁进行节能减排日益被人们多关注，人们也在不断的对地铁服务进行优化。对地铁优化，节约能源，减少排放，越来越受到人们的重视[8]。
1.2 国内外研究现状
1.3 选题的科学意义和应用前景
意义：改革开放以来，我国经济进入腾飞阶段，不少城市建立起了方便快捷的地铁系统。方便的地铁虽然在群众中的口碑很好，很便利，但是，地铁的能耗也十分巨大。大家都知道，能源对一个国家的发展很重要，而我国，是一个大国，确是一个能源相对缺乏的国家。合理的优化地铁列车的运行速度可以达到降低地铁列车运行能耗的效果，所以分析并研究地铁列车运行速度的曲线优化控制是一件急需解决的工作[26]。
前景：城市轨道交通的优化节能是个亟待解决的问题。虽然平均分摊到每个人，地铁的能源利用效率不是很低，但是由于地铁的运量基数很大，从而地铁是一个能耗大户，它消耗的总能量还是很大。面对那么庞大的能源消耗，显然，地铁任然有很大的节能潜力，而我们的工作就是尽力去挖掘列车的节能潜力[27]。列车的能耗主要是电能，能耗的节约，主要可以从列车的牵引能耗入手。
主要牵引能耗节能降耗措施目前有以下几种：
1) 线路选线节能；
2) 车辆节能；
3) 电力供应系统节能；
4) 采用储能装置节能。
上述1)、2)、3)措施都是在地铁设计阶段就已经考虑，第4)条措施的造价很贵且应用技术不成熟[28]。为此，本课题提出优化地铁运行速度，采用惰行调整轨道交通系统运营图，对在线车辆的启动制动情况进行合理调整，达到节约能源的目的。此方法几乎不需要成本，只需要微小调整轨道交通系统的运营就能减少能耗，应用前景非常广阔。
本课题对地铁列车区间运行作深入地研究，探讨地铁列车在区间运行采用惰行策略与不采用惰行策略的仿真对比情况，并对列车区间运行策略提供一定的参考意见。
1.4 研究方案和主要研究内容
本课题研究地铁列车在运行过程中的速度曲线、能耗曲线及电流曲线，观察三者对于时间和位置的变化趋势，提出优化速度曲线以节能的控制策略，完成对地铁列车运行的建模与仿真，并完成相应的列车运行及优化控制的程序编写，包括生成速度、电流和能耗随时间的变化曲线。通过对本课题的研究，可以提高理论分析能力，并且培养工程设计能力。
2 地铁列车受力分析与能耗计算
2.1 地铁列车力学计算模型
2.1.1 牵引力分析
动力系统驱动列车在运动方向上运行的力称为列车的牵引力。动力系统提供车轮上的旋转力矩；车轮与钢轨黏着并且能够产生黏着力。具备这两个条件，才有可能产生牵引力[29]。
图2-1 牵引力形成原理
图2-1表示了如何生成牵引力，旋转力矩T作用在车轮上，车轮向前转动时，对静止的铁轨来说，车轮与铁轨黏着，车轮对铁轨的作用力为F，方向与车轮前进方向相反。同时，钢轨也对车轮产生反作用力F’。它们的方向相反，大小相等。F由车轮的旋转力矩T产生，它的数值由下式得到：
(2.1)
式中R：半磨损状态下车轮半径的计算值，可由下面公式计算得到
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