[发明专利]内燃牵引机车优化操纵的方法和指导装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃牵引机车优化操纵的方法和指导装置，属于机车控制领域。

背景技术

列车运行过程是一个典型的复杂、多输入、多目标、大滞后的非线性系统，充满了大量的随机性和不确定性因素，很难找到其精确的数学模型和最优解，如何准确、快速地计算出列车在各种不同条件下的运行效果，搜寻满意解以实现列车安全、平稳、准时、节能的行驶是列车优化操纵运行计算的主要任务。

由于列车运行环境的复杂性，列车优化操纵运行的算法模型及其求解技术是一项十分困难的工作，而且有着严格的应用范围，国内外对列车优化运行的控制算法已经有一些研究。20世纪80年代，澳大利亚SGG研究所开发的Mctromiser计算机控制的列车司机辅助控制系统在短途运输中试运行，实验效果良好。我国对这方面的研究尚处于初期阶段。1989年，北京交通大学(原北方交通大学)研制了一套以单片机为主从结构的机车优化操纵的微机指导系统，以优化原理与模糊控制理论为基础，离线优化计算和在线模糊控制相结合，并在北京型内燃机车上进行实验。实验结果表明，该系统提高了列车正点率、节省了燃油消耗。1995年，结合国家“八五”重点科技攻关项目“减轻重载列车与线路相互作用及优化操纵的研究”，西南交通大学研制了新型车载微机系统“列车优化操纵指导装置”，采用了离线寻优建立优化操纵运行数据库再结合在线实时调整的方法。该系统也曾在两台DF4型电传动内燃机车上的试用，效果良好。

以往的研究大多是在列车开车前如何计算优化的运行曲线，关于列车实际运行过程中的实时控制算法较少，尤其是多列车运行环境下列车优化运行的实时控制研究的更少。国外列车节能算法的研究侧重于理论，其计算模型复杂，须反复迭代才可得到优化解，对于运行环境复杂的国内大铁路运行区段来说，现行主流的计算机难以承受如此复杂的运算。而国内的研究基本上采用离线优化与在线控制相结合的方法，其给出的列车优化操纵方案多是列车运行工况的变化结果，这些算法更适用于无级调速模式的列车节能运行。而国内铁路运输使用的多是有级调速模式的机车，设有若干个牵引手柄位及电阻制动手柄位，不同的手柄位将直接导致不同的运行效果。所以在对驾驶员进行操纵指导时，既需要为驾驶员提供列车优化操纵的速度模式曲线，还应有工况、手柄位(柴油机转速)模式曲线。因此，研究开发出一套适用于国内大铁路实际运行环境条件下运行快速而准确有效的内燃牵引机车优化操纵的算法和指导装置具有重要的现实意义和广泛的应用前景。

发明内容

为解决既有的列车优化操纵算法的上述问题，实现列车安全、平稳、准时、节能地行驶，本发明提供一种适用于国内各主要型号内燃机车的列车优化操纵方法和指导装置。

一种适用于国内各主要型号内燃机车的列车优化操纵方法和指导装置，是建立在列车节能运行实时控制算法的基础上，在线计算基于当前运行环境和条件的列车优化操纵指导方案，列车在晚点状态运行时，指导装置能实时提供恢复列车正点运行的优化操纵方案。装置安装在机车驾驶室中，可用于不同的运行线路和信号配置情况，系统不影响机车现有装备的布局和工作、不影响司机操作。

一种内燃牵引机车优化操纵指导装置采用4U标准机箱结构，既符合开放式工作平台结构的要求，也便于装置的标准化、模块化，有利于装置的检测、维护、功能扩充和规范管理。

一种内燃牵引机车优化操纵指导装置可外接100-240伏直流电或220伏交流电，其通讯单元采用RS-485通信方式通过三绞屏蔽线和5芯航空插头YP21ZJ9uQ连接到机车上既有的列车实时信息发送单元，实时获取列车当前运行时刻信息。通讯单元记录的信息以及计算单元记录的信息可以文本文件形式存储于装置磁盘中，亦可通过USB接口转存至外接存储设备。装置采用列车节能运行实时控制算法计算优化操纵方案，可通过曲线、文字、语音方式为司机提供推荐的操纵策略，曲线和文字显示于带控制按钮的10.4英寸TFT高亮度彩色液晶显示屏上。

一种内燃牵引机车优化操纵指导装置，软件部分采用面向对象的程序设计方法，包括以下几个主要模块：通讯接口模块、基础数据库模块、运行计算模块以及系统输出模块，其结构如图1所示。

通讯接口模块设计采用RS-485串行通信方式每隔50毫秒动态读取列车运行速度、位置、机车工况、柴油机转速、列车管压力、前方信号机信号以及列车编组等当前时刻运行信息，并对上述数据进行可靠性分析。该模块还包括人机交互界面，司机可在此界面设置列车目标速度、默认手柄位，选择运行方向和操纵策略等。