автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Оптимизация управления движением поезда в условиях Вьетнама

Мб

2 п „ОП ^

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИИ . Московский государственный университет путей сообщения

(МИИТ)

На правах рукописи НГУЕН ТХАНЬ ХАЙ

УДК 656.25-52: 050.22.С5 (597)

ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДА В УСЛОВИЯХ ВЬЕТНАМА

05.13.07- Автоматизация технологических процессов и производств

(транспорт)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1995

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщений (МИИТ)

Научный руководитель: Академик АТ Российской Федерации, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Шалягин Д, В. кандидат технических наук Мсрман И. И

Ведущее предприятие: НИИ "Желдоравтоматизация"

Защита диссертации состоится " " ( 1995 г. а "11" часов на заседании диссертационного совета К 114. 05.10 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 103055, г. Москва, А-55, ГПС, ул. Образцова, 15, ауд. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИТа. Автореферат разослан "(У А \ 1995 года. Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета университета,.

Ученый секретарь диссертационного совета К 114 05.10, д.т.н.. профессор

С). А. Хохлов

Л. А. БАРАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность- темы. В настоящее время 'непрерывное развитие народного хозяйства Вьетнама вызывает постоянный рост грузооборота всех видов транспорта и требует ускоренного их развития. Повышение качества управления перевозкам на транспорте в значительной мере может быть достигнуто за счет использования средств автоматики и вычислительной техники. Процесс управления движением поезда относится к наиболее распространенным и ответственным технологическим процессам на железнодорожном транспорте.

Управление движением поездов по'перегоиу. представляет собой сложный процесс, в котором приходится учитывать большое число разнообразных факторов (характеристики участки пути и подвижного состава, график движения, случайные возмущения и др.). При этом тяговый расчет имеет существенные особенности. Дело в том, что графиковое время хода, как правило, больше минимально возможного, поскольку для управления движением поездов необходим резерв, позволяющий компенсировать возмущающие воздействия. Поэтому задача построения кривой движения поезда не может быть решена однозначно. На магистральных дорогах, для которых характерны длинные перегоны со сложным профилем и наличие локальных ограничений скорости, приходится выбирать одну из многих возможных кривых движения, удовлетворяющих заданному времени •хода. Критерием выбора является величина энергозатрат, необходимых для реализации той или иной кривой движения, т. е. процедура тягового расчета должна предусматривать оптимизацию режимов управления тяговым подвижным составом по энергетическому критерию. Как показал опыт выбора оптимальных траекторий

движения в условиях России и Германии, уменьшение расхода энергии достигает 5-12% , что определяет экономический эффект.

Однако, ряд задач в этой области еще не решен до конца. Кроме того, при решении задачи оптимизации должны быть учтены условия Вьетнама. Поэтому задача исследования и разработки новой методики оптимизации режимов ведения поезда, обеспечивающей выполнение оптимальных тяговых расчетов на ПЭВМ для железных дорог Вьетнама является актуальной.

Цель работы и задачи исследования. Целью данной работе является разработка и реализация подсистема энергооптимальных тяговых расчетов для автоматизированных систем управления технологическим процессом ведения поездов в условиях Вьетнама.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- выбор математической модели объекта, адекватной реальному технологическому процессу движения поездов по перегонам;

- разработка алгоритма тягового расчета для подвияеного состава Вьетнама, позволяющего получать траектории движения с требуемой точностью в реальном масштабе времени;

- разработка алгоритма оптимальных тяговых расчетов при модели поезда в виде однородной нерастяжимой нити;

- решение задачи оптимального распределения участкового времени хода по перегонам;

- разработка информационного, математического и программного <>бесиечешш комплекса задач.

' Методы исследования. Предложенные в работе методы расчета оптимально« кривой движения поезда основаны на использовании математической теории оптимального управлении, теории диффе-

рснциалышх уравнений, теории тяги и структурного программирования. Полученные в диссертации теоретические результаты иллюстрируются к "анализируются па ряде примеров, решение которых проводится па ПЭВМ для условий железных дорог Вьетнама.

Научная нопиана.

- исследованы факторы, влияющие па точности результатов при решении дифференциального уравнения двилсения поезда;

I

- разработан метод автоматического изменения величины шага интегрирования по скорости в процессе тяговых расчетов;

- разработаны новые необходимые условия оптимальности при построении оптимальной траектории движения поезда для модели поезда в виде нерастяжимой нити;

- разработана и обоснована методика решения задачи оптимизации распределения участкового времени хода по перегонам для железных дорог Вьетнама.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе результатов теоретической части диссертационной работы разработан комплекс программ расчета оптимальных режимов движения поездов с ориентированием внедрения для железных дорог Вьетнама, обеспечивающий снижение расхода энергии на тягу поездов и уменьшение эксплуатационных затрат.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и получили одобрение па конференциях "Неделя науки-94", посвященная присвоению МИИТу статуса Московского государственного университета путей сообщения и заседаниях кафедры "Автоматика и телемеханика" МИИТа / 1993-1995 гг./.

Публикании. Основные результаты диссертации изложены в трех опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 108 странницах, из них 127 станиц машинописного текста, 11 рисунка, 10 таблиц, 62 ссылка на литературу, 61 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной ра-. боты, приводится краткий анализ современного состояния исследуемых вопросов, формируется цель и задачи исследования.

4

В первой главе содержатся общие сведения о железнодорожном транспорте и характеристике те11ловозов Вьетнама, рассмотрены вопросы оптимизации управления движением поезда в условиях Вьет* гЭ

лама.

В настоящее время общая протяженность основных магистральных железных дорог Вьетнама составляет 2612 км, основная часть которых узкоколейная. Особенностью железных дорог является большое число искусственных .сооружений и, в частности, мостов; кривые малого радиуса, значительные' уклоны, небольшое расстояние между станциями. Для вождения пассажирских и грузовых поездов по вьетнамским железным дорогам используются тепловозы. Характерной особенностью локомотивного парка является то, что все тепловозы импортные.

Одной из первоочередных задач на вьетнамских железных дорогах является снижение расхода топлива на тягу поезда. Эта задача

может быть решена различными путями: улучшением энергетических характеристик подвижного состава, мероприятиями по снижению сопротивления движению, уменьшением количества предупреждения по состоянию пути, снижению числа -остановок поезда перед запрещающими сигналами и т. д.

Одним из значительных резервов снижения расхода топлива является внедрение автоматизированных систем управления движения поездов, в том числе с использованием оптимальных режимов вождении пассажирских и грузовых поездов. Вопросам разработки систем автоматического управления движением поездов для различных типов тягового подвижного состава посвящены работы: Л.А. Баранова, Е.В. Ерофеева, Б.Д. Никифорова, Н.Д. Сухопрудского, A.B. Плакса, Е.Я. Гаккель, Л,А. Мугинштейна; ПВ. Фамипского, Я.М. Головичера, В.М. Максимова, В.И. Астрахана, Н.И. Фирсова, В.Н. Бударина, В.М. Абрамова и др. Большой опыт разработки систем автоведения поездов накоплен в МИИТе, ВНИИЖГе, ВНИИЖА, ГТСС, БелИИЖТе, ВНИТИ, на Московской и Октябрьской железной дороге, на Петербургском, Московском, Харьковском и Ташкентском метрополитене.

Анализ этих работ при решении задач оптимального управления движения поездов показал, что наиболее эффективно применения для этих целей принцип максимумами метод динамического программирования Р. Беллмана.

В настоящее время во Вьетнаме задача выбора рациональных режимов управления движением поезда решалась на основе обобщения опыта передовых машинистов. Такой способ их получения предполагает, однако, наличие достаточно долгого периода накопления данных. В то же время значительная часть исходных данных, от которых зависит выбор того или иного режима ведения, могут достаточно часто изменяться. Если опытный машинист способен оператив-

но скорректировать имеющуюся у него режимную карту в соответствии с листом предупреждений, то машинист, не имеющий большого опыта, не в состоянии этого сделать, результатом чего будет перерасход топлива. Таким образом, необходимо повысить оперативность составления режимных гарт с тем, чтобы они возможно более полно отражали сложившиеся условия пропуска поездои по участкам. Вместе с тем выбор в реальном времени энергетически оптимальных режимов ведения поезда является основной для разработки алгоритмов систем автоматического управления движением поездов. В этих условиях уменьшение времени расчета оптимальных режимов приобретает определяющее -значение. В данной диссертационной работе решается задача автоматизированного расчета энергетически оптимальных режимов ведения поезда в условиях Вьетнама. '

Вторая глава посвящена моделированию поезда и выбору способа интегрирования дифференциального уравнения движения пру производстве тяговых расчетоа Объект управления (поезд) описывается следующим уравнением: .

¿к V

где скорость поезда и пройденный путь, который в данном случае рассматривается как независимая переменная;

и(. и. - относительные (в долях от максимально-допустимых)

значении силы тяги и торможения;

Л- - максимально-допустимые значения силы тяги и торможения, приведенные к размерности ускорения;

>цу' - основное и дополнительное сопротивление движению поезда, проведенное к размерности ускорения.

Для построения тяговой траектории движения поезда по перегону требует решения дифференциального уравнения движения поезда (1). Анализ' математической модели поезда показал, что объект управления является нелинейным, неавтономным, а также существуют смешанные ограничения на управляющие воздействия - силы тяги, торможения и фазовую координату - скорость. В связи с этим для решения этого уравнения требуется использование численного метода. Выбора метода решения определяется компромиссом между погрешностью и временем расчета.

Исследования показывают; что при использовании метода^ Эйлера погрешность вычисления мгновенной скорости не превышает погрешности от влияния внешних возмущений и скорость расчета составляет от 150. до 180 км./минуту. Это свидетельствует о возможности применения этого метода для практических расчетов в реальном масштабе времени. Использование метода Рунге-Кутта требует в 510 раз больше времени расчета, чем использование метода Эйлера, практически при той же погрешности. Отсюда метод Эйлера выбран для численного решения дифференциального уравнения движения.

С целью повышения точности при применении метода Эйлера для решения уравнения движения поезда (1) проведена модификация этого метода. При этом решение уравнения на каждом шаге интегрирования описываются следующими формулами: - при интегрировании по пути: sitt = st + As

= vt +-----;---

vt

- при интегрировании но скорости:

v». i = Vj + Av

(vt+Avl2)Áv

S>" = S> + f(Vk + Avf2)~g(sk) (3)

Здесь процесс решения уравнения может вестись либо по скорости (интегрирование по скорости) либо по пути (интегрирование по пути), что зависит от наличия типа разрывной функции (когда поезд приблизится к точке ограничения скорости или к новому элементу профиля). •

При решении уравнения движения поезда (1) с использованием метода Эйлера важен выбор величины шага интегрирования. С одной стороны, величина шага должна быть достаточно большой, чтобы не расходовалось излишнее машинное время. С другой стороны, она должна быть достаточно малой, чтобы обеспечивалось точное решение. Было найдено, что фиксированная величина шага на всем протяжении решения не позволяет'достичь этих целей одновременно.

Поэтому необходим метод автоматического изменения величины ша-

• я

га в процессе решения. В данном случае такой метод основан на идее ограничения изменения значения правой части уравнения (1) на каждом шаге интегрирования. Обозначим

«//.Су)- "A.(v>~ »-(у) - ¿К*)

; (4)

При движении поезда в режиме тяги шаги по пути и по скорости выбраны достаточно малыми так, чтобы на данном шаге изменение скорости находилось на лилейном участке при кусочно-линейной аппроксимации тяговой характеристики. То есть на i-ом шаге сила тяги определяется выражением:

*//.(*■); 7 ~ vk¡ (5)

где г„к, - коэффициенты, получаемые при аппроксимации тяговой характеристики.

При этом уравнение (4) записывается следующим образом:

У (6) где а,Ь,с -коэффициенты основного сопротивления движению. Для определения изменения величины у па каждом шаге дифференцируем выражение (6) с учетом £(з)=сожЬ па данном шаге:

<Ь V1 С (7)

Решая (7) с использованием метода Эйлера, получим:

у'Лу

Лу = -

су1+ а+г, (8)

Подобно получаем зависимость между шагом интегрирования по скорости и мгновенной скоростью в режиме ¿ыбега:

у'Лу

Лу = -----

+ (9)

При расчете траектории в режиме торможения, используемого перед остановкой поезда или локальным ограничением скорости, выбирается постоянной шаг интегрирования:

Дч = 0,5 м./с . (10)

Таким образом, выбор шага интегрирования в режиме тяги, выбега и торможения проводится соответственно по выражениям (8), (9), (10). Анализ полученных результатов при использовании предложенной методики показывает, что при переменном шаге

интегрирования экономиться время расчета от 1,5 до 2 раз по сравнению с методом расчета с постоянным шагом.

В третьей главе сформулирована математическая постановка задачи оптимального тягового расчета: необходимо найти такие оптимальные управляющие воздействия uf и иь и соответствующую им оптимальную кривую движения поезда v(s), являющуюся решением дифференциального уравнения движения поезда (1), которые удовлетворяют:

- граничным условиям на скорость поезда в начале и в конце расчетного участка (Sh, Sk]: v(Sh) = vh; v(Sk) = vk;

- ограничения, накладываемые на управляющие воздействия "/ и и фазовую координату v: t uf, и„ е [ОД]; v й V(s)

- изопериметрическому условию выполнения заданного времени хода по участку [Sh, Sk]:

rt-f-i. OD «■ v

а также обеспечивают минимум функционалу:

А~ J [и//.(у)+"~]<й ~+пип. (12)

Здос-ь используются следующие обозначения:

V(s) - максимально-допустимая скорость движения в данной точке пути;

X - неопределенный множитель Лагран>Ла.

• Д«ля решения этой задачи в диссертации использован принцип максимума в формулировке, предложенной А. А. Милютиным и А. Я.

Дубовицким, которая позволяет учитывать ограничения не только на управляющие воздействия, но и на фазовые координаты. ' Анализ условий экстремума гамильтониана

я,=ФоЧ'о+ад',, . (13)

где % - подынтегральное выражение в критерии оптимальности (12); ЧЧ - правая часть уравнения движения (1); % = ; вспомогательная сопряженная функция, удовлетворяющая решению дифференциального уравнения:

ар„ ар, ф ;

показывает существование пяти оптимальных режимов движения:

- режим торможения с максимальным усилием = и»~если Р<0;

-режим стабилизации торможением = ^ е , если р=0; -режим выбега ("/ = <* "к = ( если р е(0;1); -режим стабилизации скоростью е "ь ~ ^ , если р=1; -режим тяги с максимальным усилием = ^ "ь =°) # если р>1. Здесь функция р описывается следующей формулой:

Р = \kVtV) (15)

Для исключения неизвестного значения ^ продифференцируем выражение (15> и с учетом соотношений (1) и (14) получим следующее дифференциальное уравнение для р(з}.

с!рI I Л у

»(/>УЛ-р)+ «¿.(V) ( | , (10)

^ то J

где , цлт> фу|гкция, обладающая' следующим свойством, во-первых, она изменяется тогда, когда текущая скорость достигает ограничения во-вторых, .гго неубывающая функция. Функция

р («) не является непрерывной и может иметь положительные скачки при 48)^(8);

лить точки перехода от одного оптимального режима к другому. При модели поезда в виде нерастяжимой иить (рассматриваемый объект управления является неавтомным) величина гамильтониана H не постоянна. В этом случае расчет р производится путем совместного интегрирования дифференциальных уравнений (1) и (16). Пусть на некотором интервале ISa, Sb] имеется режим выбега или тяги. Рассмотрим два случая: когда всюду на (Sa, Sb) скорость поезда меньше* V(s) и когда, по крайней мере, в одной точке кривая v(.s) касается снизу ограничения V(s). В первом случае всюду на (Sa, Sb) tUr/ds=0 и в силу (16) p(s) непрерывна. Решая уравнение (16) с использованием метода Эйлера, получим на каждом шаге интегрирования

где, У =1,2,3 „, л. л-число шагов интегрирования на [Ба, ЭЬ] - некоторое значение V внутри ( Л*, = Дл, /V, = ДУ, I

Так как р(в) непрерывна, уравнение (16) можно рассматривать как рекуррентное соотношение, связывающее значение р(в) в начале каждого следующего шага интегрирования. Записав л таких соотношений для каждого шага интегрирования, можно получить уравнение, связывающее значение р(в) в начале и конце [Ба, 5Ъ]:

Таким образом, в зависимости от значения р мы можем опреде-

(17)

я

1

<■ лф^лу-ья/?;') м

1

о

Уравнение (18) является условием оптимальности для неавтономной -задачи при отсутствии ограничения скорости движения. Используя теорему Лагранжа.получим:

<КА.А) = а -аП^В*<»н>-*(',) <19>

где 10,00=!^/»-»^)

Рассмотрим теперь второй случай, тогда на (Ба, БЬ) достигается максимально-допустимая скорость. Пусть точка достижения этой скорости является кондом некоторого к-го шага интегрирования. В этом случае /ф) может одновременно с ц(э) претерпевать в этой точке разрыв, причем рЦ^ р1 ( р'к' - значения функции р(з) слева и нрава точки окончания к-го шага). Однако для отрезков (Ба, Эк] и [Бк, БЬ] соотношение (19) остается справедливым, т.е. ^А.Рг > = 0 и ФСРи'Л)-0. Из этих выражений произведя необходимые преобразования, получим: (20)

Таким образом, полученные условия оптимальности при модели поезда в виде нерастяжимой нити совместно с уравнениями движения и граничным условиями образуют полную систему соотношений, позволякмцую рассчитать оптимальную траекторию при любил профиле пути на перегоне. .

С целю анализа влияния модели поезда на результат оптимального тягового расчета было проведено сравнение результатов при модели поезда в виде материальной точки и в виде нерастяжимой нити. Установлено, что можно моделировать поезд в виде- материальной точки в том случае, если его длина меньше 250м. В противном с'л уча е при построении оптимальной тяговой траектории для участков со сложным профилем рекомендует иоделиронать поезд в виде нерастнжимой нити.

Проведено исследование влияния выбора значения ф(р^Рь) при вычислении необходимых условий оптимальности на расход топлива при движении поезда. Установлено, что увеличение расхода топлива при выборе значения ф(р,,рь) £ 0.05 не превышает 0.3 % по сравнению со значением ф{р.,рь), равным 0.001.

В четвертой главе сформулирована математическая постановка задачи оптимизации по расходу топлива при распределении участкового времени хода по перегонам: необходимо найти такие времена хода по каждому перегону, чтобы обеспечить минимум расхода топлива по всему участку:

^ 7* (21)

при условии

УЧ -1 (22)

и условии, что каждое перегонное время хода принимает одно / -ое значение из л возможных значений кратных 1 минуте, то есть

ТПп)<Т? <^т;\Ц (23)

т

где ум - участковое время хода;

расход топлива по всему участку;

ЛОТ) - расход топлива на х -ом перегоне;

V - время хода на / -ом перегоне; •

т - количество перегонов на участке;

7;"[1]... Т'[п] _ соответственно первый и п -ый вариант перегонного времени хода на / -ом перегоне.

Результаты этой задачи могут использоваться при составлении и корректировке графиков движения поездов.

Из условии (22) определяется диапазон пначешш Т)>ч, для которых рассматриваемая задача имеет решение:

■гг = Ёг™' ; ГуГ = 2 Г"" (24)

1-1 (О

Исходными данными для расчета оптимального распределения являются табличные зависимости расхода топлива на тягу от времени хода по перегону, в которых времена хода изменяются от минимального до максимальною значения с постоянным шагом АТ\ обычно равными 1 минуте. Представим расход топлива на тягу по / -ом перегону в виде:

к

(25)

где Д""" = Ж^""") - расход энергии для максимального расчетного времени хода; приращение расхода энергии:

И = - Л(ТГш-и- 1>ЛП • (2б)

7,""" - кЛГ' = Т' - время хода па 1 -ом перегоне; к - помер варианта перегонного времени хода на У -ом перегоне;

В этом случае условие (22) можно переписать в виде:

Т„=±г--±КАТ- • (27)

В процессе построения табличной зависимости расхода топлива на гшу от времени хода по перегону отметим, что эта зависимость является монотонно убывающей функцией с положительной второй производной, величина приращения ЛЛ„ положительна и монотонно возрастает с ростом у (то есть с уменьшением времени хода на этом перегоне). При этом минимизируемый функционал можно переписать следующим образом:

• iu •

ДГуч)=!>Г+Ё1>^ (28)

м w >i

Для решения поставленной задачи оптимального по расходу топлива распределения участкового времени хода по перегонам используем метод динамическою программирования Бсллмана.

На основе принципа оптимальности Беллмана основное функциональное уравнение имеет следующий вид:

ло;)= пЦ/нт^+лаги-,))}. (29)

где Tt , т>л - время хода соответственно на i, (/-1) перегонах;

Л(Т,)t А(Г_,) _ оптимальное значение расхода топлива со>. .'вет-ствспио для i, (;-1) перегонов;

- расход топлива па i -ом перегоне А варианта времени хода

Учитывая аддитивны!! характер вхождения М/ ц (21) и его монотонное возрастание с ростом j, получим:

-!<?,') = 47 + + mini ¿И-и, ¿41 (30)

lj'1 )

Решение этого уравнения обеспечивает решение постановленной задачи.

Анализ результатов при сравнении существующих графиков движения поездов и расчетных графиков на некоторых участках железных дорог Вьетнама показал, что в случае применение метода оптимальною распределения участкового времени хода по перегонам для отдельного поезда снижается расход топлива в среднем на 2 % по участку.

В пятой главе рассмотрены принципы построения программного обеспечения для производства оптимальных тяговых расчетов iia ПЭВМ.

Эти программы позволяют решать следующие задачи:

- расчет оптимальных режимов управления тяговым подвижным составом при заданном времени хода. Результаты данной задачи позволяют оперативно составлять режимные карты с учетом реальных условий -движения поезда; ,

- Расчет перегонных и участковых времен хода при составлении графика движения поездов, оценка снижения расхода топлива на тя-

. гу при изменении распределения участкового времени хода по перегонам. Ых результаты позволяют получать необходимые данные для составления графика движения поездов.

На основе предложенных в данной работе методов был разработан комплекс программ оптимальных тяговых расчетов для IBM- совместимых ПЭВМ в условиях локомотивных депо или управления дороги. С целью ориентирования применения этих программ для железных дорог Вьетнама комплекс включает в себя соответствующие параметры движения поезда (тяговые и тормозные характеристики локомотивов, эксплуатируемых во Вьетнаме, коэффициенты для расчета основного сопротивления движению поезда, сила нажатия тормозной колодки и т. п.). Разработанный комплекс программ характеризуется следующим:

- в результате применения численного метода решения дифференциального уравнения движения поезда, разработанного в главе 2, время расчета уменьшается вдвое по сравнению с методом, используемым в современной программе "Корт";

- в соответствии с конкретным перегоном и поездом программа • позволяет выбор модели поезда либо в виде материальной точки, либо в виде нерастнжимой нити;

- с целью улучшения качества существующих графиков движения поездов в комплексе включается подпрограмма, позволяющую корректировку графинов движения;

- для удобства вьетнамских пользователей диалоговый язык программ написан на вьетнамском языке.

Рассмотрим далее состав и структуру комплекса программ. Исходный текст программ (включая программ управления базами дан-пых) разработан в среде Borland Pascal 7.0 с использованием библиотек пакет Turbo Vision 2.0 . Комплекс программ предназначен для любой IBM - совестимой ПЭВМ под управлением операционной сис- ■ тем MS-DOS версии 3.0 и выше. В состав комплекса входят следующие основные компоненты:

- математическая модель движения поезда с тепловозной тягой;

- программы ввода, просмотра, корректировки и контроля исход-пых данных;

- программы ведения и обслуживания проблемно-ориентированной информационной базы;

- программы выполнения оптимального тягового расчета;

- программы формирования и выдачи отчетных документов;

- программы управления заданиями.

Информационная база автоматизированной системы расчета оптимальных режимов движения поездов реализована в виде систем файлов на жестком магнитном диске и включает в себя базу данных об участке, базу данных расписаний, базу данных нормативно-справочной информации, базу данных иодвижного состава, базу заданий на расчет, базу исходных данных для оптимального тягового расчета и базу результатов расчета. В целом структура информационной базы обеспечивает хранение и автоматическое сопровождение исходных данных для проведения тяговых расчетов и запоминание их ре-

аультатов, обеспечивающее возможности передачи этих результатов к друпуя задачам.

• Скорость расчета режимной карты на ПЭВМ РС-АТ 286 с тактовой частотой 20 МГц составляет 60- 80 км/мип (при заданном времени хода) и 150-180 км/мин (при минимальном времен^ хода). При определении распределения оптимального участкового времени по перегонам скорость расчета составляет 5-10 перегонов/мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны методы и алгоритмы расчета оптимальных по критерию минимума расхода энергии режимов движения поезда, предложены принципы построения информационного, математического, программного обеспечении системы выбора оптимальных режимов движения, ориентированной па условия Вьетнама.

Проведенные в данной работе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. При разработке автоматизированных систем управления движением поездов для железных дорог Вьетнама перспективным является использование оптимального тягового расчета, обеспечивающего минизацию эпегрозатрат при заданной точности выполнения графика движения.

2. Выбрана математическая модель поезда,' адекватная реальному технологическому процессу движения поездов. Установлено, что для обеспечения точности результатов тяговых расчетов на многах реальных перегонах железных дорог Вьетнама необходимо рассматривать модель поезда в видо нерастяжимой нити.

3. Анализ математической модели, поезда показал, что для построения траектории движения поезда при профиле пути и карте ограничений скорости, специфичных для всех перегонов политик

железных дорог Вьетнама, допускается решения дифференциального уравнения движения поезда методом Эйлера с использованием автоматическою изменения шага интегрирования по скорости в процессе расчета. Автоматическое изменение шага интегрирования вдвое уменьшается время расчета при фиксированной погрешности.

4. С помощью принципа максимума решена задача оптимизации управления движением поезда по критерию минимума работы силы тяги локомотива. При этом поезд рассматривается как нерастяжимая нить. Установлены оптимальные ролей мы управления, условия их существования и переключения, а также необходимые условия оптимальности при модели поезда в виде нерастяжимой нити; Полученные необходимые условия оптимальности совместно с уравнением движения поезда и граничными условиями образуют полную систему соотношений, достаточную для построения оптимальной траектории при заданных профилях пути и карте ограничений скорости на перегоне.

5. Полученная приближенная формула для вычисления необходимых условий оптимальности для модели поезда в виде норастяжи-муй нити позволяет «существенно упростить расчет оптимальной траектории. Установлено, что затраты энергии при движении поезда по траектории, построенной с помощью приближенных формул, незначительно (не более 'О.Ъ%) превышают минимальные значения расхода энергии, полученные при использовании точных выражений.

0. Проведено сравнение результатов оптимальных тяговых расчетов для моделей поезда в виде материальной точки и в виде нерастяжимой пита. Установлено, что для железных дорог Вьетнама с уверенностью можно моделировать поезд в виде материальной точки в том случае, если его длина меньше 250 м. В противном случае при построении оптимальной тяговой траектории для участков со слож-

ным профилем рекомендуете« моделировать посад в виде перастн-ЖИМОЙ .НИТИ.

• 7. Разработанный метод оптимального по расходу топлива распределения участкового времени хода по перетопим железных дорог позволяет определить варианты оптимальных времец хода, кратных 1 мин, для всего диапазона участкового вромептг хода. Предложенная методика распределения участкового времени, хода для подвижного состава Вьетнама должна быть использована при составлении графиков движения поездов.

Сравнение существующих графиков движения поездов и расчетных графиков на некоторых участках железных дорог Вьетнама показало, что применение метода оптимального' распределения участкового времени хода по перегонам для отдельного поезда позволяет снизить расход топлива в среднем на 2 % ira учаетко по сравнению с выполнением перегонных времен хода, принятия, в существующих графиках движения поездов.

8. Сформулированы принципы построения, комплекса программ для ПЭВМ, выполняющие оперативный расчет оптимальных режимов ведения поездов. Разработаны программы: дла; коррсчггировки существующих графиков поезда по критерию минимума расхода анергии на тягу и автоматизированного состшиим»nt необходимой документации для составления графика движения1 поездов.

9. Разработана программная реализация; комплекса задач расчета оптимальных режимов движения поездок па: бале- персональных ЭВМ для условий управления или локомотившл» деш», обладающая высоким быстродействием, универсальностью» и удобством для вьетнамского пользователя.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

»

1. Баранов Л. А., Нгуеи Тхань Хай. Энергооптималышй тяговый расчет при модели поезда в виде нерастяжимой нити // Тр. МИИТ.-1995.- Вып. 891. С 27-35.

2. Баранов Л. А., Нгуен. Тхань Хай. Комплекс программ оптимальных тяговых расчетов для условий Вьетнама: Сборник № 1. Тез. докл. по итогам "Недели науки"- 93.94./МГУПС. Москва, 1994.- Ч. 2.

3. H гуси Тхань Хай. Оптимизация управления движением по.зда по критерию минимума расхода топлива на тягу. // Вестник Ханойского института инженеров транспорта - 1995. № 1. С, 47-53,

НГУЕН ТХАНЬ ХАЙ

ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДА В УСЛОВИЯХ ВЬЕТНАМА

05.13.07- Автоматизация технологических процессов и производств

(транспорт)

Сдано в набор . Подписано к печати

Формат бумаг 60x90 1/60 Объем 1.5 п. л. Заказ ИИ Тираж 100 экз.

Типография МИИТа, Москва, ул. Образцова, 15.