一种货运列车节能优化方法研究*

柴 杨，刘 成，王青元，白宝雪，张桂南

（1 西南交通大学 电气工程学院，成都 611756；2 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所，北京 100081）

随着我国铁路运输规模的不断扩大，如何削减铁路系统的能源消耗成为重要问题。因此，研究如何实现货运列车的节能运行，对降低铁路运输成本具有关键意义。1970年，Figuera[1]提出列车在以平缓坡道为主的短途区间运行时，列车优化操纵应包括牵引、惰行以及制动3个阶段。后来，Milroy[2]以最优控制理论为基础，利用Pontrayagin极大值原理推导列车最优的操纵工况序列为全力牵引、惰行和最大制动3种不同的工况组合而成。丁勇[3]提出了基于目标速度的列车控制策略，改善了定时约束下的列车节能操纵。王青元[4]等将再生制动与空气制动相分离，提出了考虑再生制动能量利用和牵引系统效率的高速列车节能最优操纵优化算法。Lee[5]发现在长距离运行时，还会存在区间恒速工况。Liu R F[6]发现在准点和限速约束下，还存在部分制动工况，并讨论了5种最优工况的切换时机。

基于极值原理推导，以伴随变量寻优间接求解列车节能最优控制问题，优势在于，解释了有限种操纵工况的最优性及应用时机，这与优秀司机操纵经验高度一致。但基于极大值原理的速度轨迹最优化间接求解法涉及大量的微分计算及迭代求解，算法复杂，且计算量较大[7]。因此，一类数学规划方法被应用到列车运行优化控制，其特点在于将最优控制问题转化为数学规划问题进行求解，可避免复杂的理论推导，计算量在一定程度上可根据求解精度需求进行调整。……