[发明专利]基于两阶段正交配置的货运电力机车赶点参考速度自动发生装置及方法

说明书

本发明公开了基于两阶段正交配置的货运电力机车赶点参考速度自动发生装置及方法，由电力机车车速传感器、电力机车坡道传感器、电力机车参数及赶点区间输入单元、电力机车中控CCU(Central control unit，简称CCU)、参考速度曲线输出单元构成。在电力机车中控CCU中输入电力机车参数，电力机车进入赶点区间，电力机车车速传感器、坡道传感器和中控CCU开启，实时测量当前电力机车车速、坡道坡度，电力机车中控CCU根据铁路调度部门发送的赶点区间指令自动执行内部的两阶段自适应Gauss配点重构伪谱法，得到使货运电力机车在最短时间内行驶完赶点区间的最优速度参考值，并将得到的参考速度曲线输出至速度可控制机构，本发明可以提高货运电力机车运行效率，保障铁路运行安全。

技术领域

本发明涉及货运电力机车调度控制技术领域，特别是一种基于两阶段正交配置的货运电力机车赶点参考速度自动发生装置及方法。

背景技术

货运电力机车对于我国铁路运输至关重要，而电力机车的运行参考速度自动生成也一直是铁路运营部门和国内外企业学者长期关注的热点问题。

因此，开展货运电力机车的参考运行速度自动发生装置研究，对于我国货运电力机车的技术提升以及自动驾驶技术都将提供重要的支撑作用，具有重要的现实应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于两阶段正交配置的货运电力机车赶点参考速度自动发生装置。在电力机车区间赶点需求下，电力机车能够根据铁路调度部门发送的赶点区间指令得到使货运电力机车在最短时间内行驶完赶点区间路程的最优速度参考值，提高货运电力机车运行效率，保障铁路运行的安全。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的基于两阶段正交配置的货运电力机车赶点参考速度自动发生装置，包括电力机车车速传感器、电力机车坡道传感器、电力机车参数及赶点区间输入单元、电力机车中控CCU和参考速度曲线输出单元；

所述电力机车车速传感器用于测量电力机车当前行驶速度，并通过数据总线传输至电力机车中控CCU；

所述电力机车坡道传感器用于测量铁路轨道当前的坡道角度，并通过数据总线传输至电力机车中控CCU；

所述电力机车参数及赶点区间输入单元用于设定电力机车的动力学模型参数以及相应的性能参数同时接收铁路调度部门发送的赶点区间指令，并通过数据总线传输至电力机车中控CCU；

所述电力机车中控CCU用于根据铁路调度部门发送的赶点区间以及当前的电力机车速度、铁路轨道坡道，自动执行两阶段自适应Gauss配点重构伪谱法，得到使货运电力机车在最短时间内行驶完赶点区间的最优速度参考值；

所述参考速度曲线输出单元用于将电力机车中控CCU得到的赶点参考速度曲线输出至速度控制机构。

进一步，所述电力机车中控CCU包括

信息采集模块，用于采集电力机车速度参数、铁路轨道坡度参数、赶点区间距离参数、电力机车动力学模型参数以及性能约束参数，并将采集的信息输入到初始化模块中；

初始化模块，用于设置控制变量正交配置配点初始点个数N和状态变量正交配置配点初始点个数H以及牵引力控制量初始猜测值u⁽⁰⁾，并设定优化计算精度tol，将迭代次数k置零；

第一阶段常微分方程组正交配置模块，用于对电力机车动力学模型进行正交配点离散化；

非线性规划问题求解模块，用于通过计算得到满足收敛性要求的牵引力控制量u^(k)(t)；

第二阶段配点判断模块，用于判断非线性规划问题求解模块得到的牵引力控制变量是否进行第二阶段正交配点处理；