一种有轨电机车控制方法、装置及电子设备与流程

1.本发明属于工业控制技术领域，尤其是涉及一种有轨电机车控制方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.相关技术中，矿区有轨电机车在规定时间内，其运行过程中存在多种运行工况的操纵策略，策略的制定及选取决定了有轨电机车产生的运行能耗。有轨电机车在不同的路况下需要来回切换运行工况和工况转换的位置使有轨电机车运行能耗达到最低。应用较为广泛的机车操纵策略为“最大牵引-巡航-惰行-最大制动”。当有轨电机车准备出站时以最大牵引功率启动，牵引至一定速度后以匀速行驶，即为巡航工况，此时已离开起始站点一定距离，根据剩余距离的长度在适当位置转换为惰行工况，依据有轨电机车运行速度及与站台的距离，在适当的位置以最大制动力使有轨电机车精准的停止在站台。但是，有轨电机车运行时每一段线路的线路情况不一样，不同的线路情况采用同一种操纵策略将会导致能耗增加，不能达到最优能耗的效果。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的在于提供一种有轨电机车方法、装置及电子设备，从而解决现有技术中有轨电机车如何降低运行能耗的问题。
4.为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种有轨电机车控制方法，包括：
5.获取目标线路的线路情况；
6.根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略；
7.根据所述操纵策略，控制所述有轨电机车在所述目标线路上运行；
8.其中，所述节能优化模型的优化目标使得所述有轨电机车在多路况运行时的能耗小于能耗阈值；所述操纵策略包括：不同运行工况的切换顺序、运行时间以及运行速度。
9.可选地，根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略之前，还包括：
10.确定所述有轨电机车在不同路况上的受力情况；
11.根据所述受力情况，分别构建所述有轨电机车在不同路况运行的能耗模型；
12.根据所述能耗模型，构建所述节能优化模型。
13.可选地，确定所述有轨电机车在不同路况上的受力情况，包括以下至少一项：
14.在路况为坡道路况的情况下，确定牵引力、坡道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；
15.在路况为弯道路况的情况下，确定牵引力、弯道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；
16.在路况为站间路况的情况下，确定牵引力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中
的至少一项。
17.可选地，根据所述受力情况，分别构建所述有轨电机车在不同路况运行的能耗模型，包括：
18.根据所述受力情况，计算所述有轨电机车在目标路况的动能、变速度机械功、重力势能以及目标机械功中的至少一项，构建与所述目标路况对应的能耗模型；
19.其中，所述目标机械功根据所述受力情况中的目标受力获得；所述能耗模型包括坡道能耗模型、弯道能耗模型以及站间距能耗模型。
20.可选地，根据所述受力情况，分别构建所述有轨电机车在不同路况运行的能耗模型之后，还包括：
21.根据所述能耗模型，分别对所述有轨电机车运行在不同路况所产生的运行能耗进行仿真分析。
22.可选地，根据所述能耗模型，构建所述节能优化模型，包括：
23.根据所述能耗模型，采用帕累托最优方法，构建所述节能优化模型；
24.其中，所述节能优化模型包括：每种路况能耗最低模型、等式约束条件以及不等式约束条件；
25.所述每种路况能耗最低模型根据每种路况的实际能耗、目标优化能耗以及权重关系系数确定；
26.所述等式约束条件包括：速度条件、合力条件以及不同路况的能耗权重关系条件中的至少一项；
27.所述不等式约束条件包括：速度约束条件、弯道半径约束条件、牵引力约束条件以及电机效率约束条件中的至少一项。
28.可选地，根据所述线路情况和预先构建的所述有轨电机车在多路况运行的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略，包括：
29.根据所述线路情况和所述节能优化模型，计算所述有轨电机车运行于所述目标线路的目标运行时间和目标运行速度；其中，所述线路情况包括：坡度信息、弯道信息、站间距信息以及限速信息中的至少一项；
30.根据所述目标运行时间和目标运行速度，确定所述运行工况的操纵策略；
31.其中，所述运行工况包括：牵引工况、惰行工况、巡航工况以及制动工况中的至少一项。
32.本发明实施例还提供一种有轨电机车控制装置，包括：
33.获取模块，用于获取目标线路的线路情况；
34.第一确定模块，用于根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略；
35.控制模块，用于根据所述操纵策略，控制所述有轨电机车在所述目标线路上运行；
36.其中，所述节能优化模型的优化目标使得所述有轨电机车在多路况运行时的能耗小于能耗阈值；所述操纵策略包括：不同运行工况的切换顺序、运行时间以及运行速度。
37.可选地，所述装置还包括：
38.第二确定模块，用于确定所述有轨电机车在不同路况上的受力情况；
39.第一构建模块，用于根据所述受力情况，分别构建所述有轨电机车在不同路况运
行的能耗模型；
40.第二构建模块根据所述能耗模型，构建所述节能优化模型。
41.可选地，所述第二确定模块具体用于以下至少一项：
42.在路况为坡道路况的情况下，确定牵引力、坡道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；
43.在路况为弯道路况的情况下，确定牵引力、弯道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；
44.在路况为站间路况的情况下，确定牵引力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项。
45.可选地，所述第一构建模块具体用于：
46.根据所述受力情况，计算所述有轨电机车在目标路况的动能、变速度机械功、重力势能以及目标机械功中的至少一项，构建与所述目标路况对应的能耗模型；
47.其中，所述目标机械功根据所述受力情况中的目标受力获得；所述能耗模型包括坡道能耗模型、弯道能耗模型以及站间距能耗模型。
48.可选地，所述装置还包括：
49.仿真模块，用于根据所述能耗模型，分别对所述有轨电机车运行在不同路况所产生的运行能耗进行仿真分析。
50.可选地，所述第二构建模块具体用于：
51.根据所述能耗模型，采用帕累托最优方法，构建所述节能优化模型；
52.其中，所述节能优化模型包括：每种路况能耗最低模型、等式约束条件以及不等式约束条件；
53.所述每种路况能耗最低模型根据每种路况的实际能耗、目标优化能耗以及权重关系系数确定；
54.所述等式约束条件包括：速度条件、合力条件以及不同路况的能耗权重关系条件中的至少一项；
55.所述不等式约束条件包括：速度约束条件、弯道半径约束条件、牵引力约束条件以及电机效率约束条件中的至少一项。
56.可选地，所述第一确定模块具体用于：
57.根据所述线路情况和所述节能优化模型，计算所述有轨电机车运行于所述目标线路的目标运行时间和目标运行速度；其中，所述线路情况包括：坡度信息、弯道信息、站间距信息以及限速信息中的至少一项；
58.根据所述目标运行时间和目标运行速度，确定所述运行工况的操纵策略；
59.其中，所述运行工况包括：牵引工况、惰行工况、巡航工况以及制动工况中的至少一项。
60.本发明实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如上述的有轨电机车控制方法的步骤。
61.本发明实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如上述的有轨电机车控制方法的步骤。
62.本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
63.上述方案中，通过获取目标线路的线路情况；根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略；根据所述操纵策略，控制所述有轨电机车在所述目标线路上运行，在规定时间和最大限速调节下降低有轨电机车的运行能耗，并实现了在最低能耗下发挥最大机车使用效率。
附图说明
64.图1为本发明实施例的有轨电机车控制方法的流程示意图；
65.图2为本发明实施例的有轨电机车运行于上陡坡道的受力示意图；
66.图3为本发明实施例的有轨电机车运行于上缓坡道的受力示意图；
67.图4为本发明实施例的有轨电机车运行于下陡坡道的受力示意图；
68.图5为本发明实施例的有轨电机车运行于下缓坡道的受力示意图；
69.图6为本发明实施例的有轨电机车控制装置的框图。
具体实施方式
70.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
71.本发明实施例针对现有技术中的有轨电机车如何降低运行能耗的问题，提供一种有轨电机车控制方法、装置及设备。
72.如图1所示，本发明实施例提供了一种有轨电机车控制方法，包括：
73.步骤101，获取目标线路的线路情况；
74.需要说明的是，线路情况包括：坡度信息、弯道信息、站间距信息以及限速信息中的至少一项。
75.步骤102，根据线路情况和预先构建的节能优化模型，确定有轨电机车运行于目标线路时的运行工况的操纵策略；
76.需要说明的是，运行工况包括：牵引工况、巡航工况、惰行工况以及制动工况中的至少一项；其中，牵引工况时的有轨电机车加速运行，发动机产生大量能耗，有最大限速要求；巡航工况时的有轨电机车匀速运行，运行速度为该巡航工况的前一种运行工况的行驶速度，同时产生部分能耗，有最大限速要求；惰行工况时的有轨电机车运行速度不确定，并且发动机不耗能，且无最大限速要求；制动工况时的有轨电机车减速运行，同时产生再生制动能和大量热能，且无最大限速要求。
77.有轨电机车运行时每一线路的线路情况不同，不同的线路情况将会对应不同的操纵策略，产生不同的运行能耗。
78.步骤103，根据操纵策略，控制有轨电机车在目标线路上运行；
79.需要说明的是，在规定时间下，有轨电机车运行过程中，存在多种操纵策略，操纵策略也即运行工况的切换策略，其制定和选取决定了有轨电机车所产生的运行能耗。基于本发明实施例的操纵策略，以及在该线路情况下，来回切换运行工况以及工况的转换位置，从而使能耗降低。
80.其中，节能优化模型的优化目标使得有轨电机车在多路况运行时的能耗小于能耗
阈值；操纵策略包括：不同运行工况的切换顺序、运行时间以及运行速度。
81.需要说明的是，该能耗阈值为经验值或标定值，可以根据需要进行调整，在此不作具体限制。
82.本发明实施例，通过获取目标线路的线路情况；根据线路情况和预先构建的节能优化模型，确定有轨电机车运行于目标线路时的运行工况的操纵策略；根据操纵策略，控制有轨电机车在目标线路上运行，在规定时间和最大限速调节下降低有轨电机车的运行能耗，并实现了在最低能耗下发挥最大机车使用效率。
83.可选地，步骤102，根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定有轨电机车运行于目标线路时的运行工况的操纵策略之前，还包括：
84.确定有轨电机车在不同路况上的受力情况；
85.根据受力情况，分别构建有轨电机车在不同路况运行的能耗模型；
86.根据能耗模型，构建节能优化模型。
87.需要说明的是，能耗模型不同会导致有轨电机车在不同路况下消耗的能量也不同。节能优化模型的优化目标确保有轨电机车在规定时间和最大限速条件下降低运行能耗，并发挥最大机车使用效率。
88.可选地，确定有轨电机车在不同路况上的受力情况，包括以下至少一项：
89.在路况为坡道路况的情况下，确定牵引力、坡道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；
90.在路况为弯道路况的情况下，确定牵引力、弯道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；
91.在路况为站间路况的情况下，确定牵引力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项。
92.这里，坡道路况首先分为上坡路况和下坡路况，又根据陡缓程度，坡度θ≥15
°
时，为坡陡路况，坡度θ《15
°
时，为坡缓路况，即上坡路况分为上陡坡路况和上缓坡路况；下坡路况分为下陡坡路况和下缓坡路况。
93.需要说明的是，有轨电机车处于上陡坡路况时，司机需要将有轨电机车处于牵引工况的时间延长，确保有足够大的牵引力使有轨电机车既能不降低运行速度又能保持舒适度，但是较长时间的牵引会加大能耗；而有轨电机车处于上缓坡路况时，司机只需对有轨电机车进行一次牵引使有轨电机车保持匀速运行然后即可切换成循环工况，该操纵策略会有效的减少能耗。
94.其中，上陡坡道路况有轨电机车的受力如图2所示，有轨电机车在上陡坡路况时为了能正常运行，会产生一个运行方向最大的牵引力、一个与运行方向相反的最大坡道附加阻力一个与运行方向相反最大基本运行阻力以及一个与运行方向相反的最大空气阻力，具体地，有轨电机车的受力公式如下：
[0095][0096]fmax
为有轨电机车最大牵引力；为有轨电机车最大坡道附加阻力；为有轨电机车最大基本运行阻力；为有轨电机车最大空气阻力。
[0097]
上缓坡道路况有轨电机车的受力如图3所示，有轨电机车在上缓坡路况时为了能
正常运行，会产生一个运行方向最小的牵引力、一个与运行方向相反的最小坡道附加阻力、一个与运行方向相反的最小基本运行阻力以及一个与运行方向相反的最小空气阻力，具体地，有轨电机车的受力公式如下：
[0098][0099]fmin
为有轨电机车最小牵引力；为有轨电机车最小坡道附加阻力；为有轨电机车最小基本运行阻力；为有轨电机车最小空气阻力。
[0100]
还需要说明的是，有轨电机车处于下陡坡时为节能过程，司机不需要对有轨电机车进行牵引，只需让其处于惰行工况即可，适当采取制动来降低有轨电机车运行速度；而有轨电机车处于下缓坡路况时，司机只需将有轨电机车的运行工况处于巡航工况，该操纵策略会减少能耗。
[0101]
其中，下陡坡道路况有轨电机车的受力如图4所示，不需要对有轨电机车提供牵引力，让有轨电机车处于惰行工况，此时只受到一个与运行方向相反的最大坡道附加阻力、一个与运行方向相反的最大基本运行阻力以及一个与运行方向相反的最大空气阻力，该过程是依靠于有轨电机车的重力势能运行的，最为节能，具体地，有轨电机车的受力公式如下：
[0102][0103]
为有轨电机车最大坡道附加阻力；为有轨电机车最大基本运行阻力；为有轨电机车最大空气阻力。
[0104]
下缓坡道路况有轨电机车的受力如图5所示，此过程有轨电机车也不需要牵引力，让有轨电机车先处于巡航工况再适当制动，此时受到一个与运行方向相反的最小坡道附加阻力、一个与运行方向相反的最小基本运行阻力以及一个与运行方向相反的最小空气阻力，具体地，有轨电机车的受力公式如下：
[0105][0106]
为有轨电机车最小坡道附加阻力；为有轨电机车最小基本运行阻力；为有轨电机车最小空气阻力。
[0107]
还需要说明的是，如上述的“最大”与“最小”量纲是相对于有轨电机车在坡道路况上受到的力而言。
[0108]
可选地，根据所述受力情况，分别构建有轨电机车在不同路况运行的能耗模型，包括：
[0109]
根据受力情况，计算有轨电机车在目标路况的动能、变速度机械功、重力势能以及目标机械功中的至少一项，构建与目标路况对应的能耗模型；
[0110]
其中，目标机械功根据受力情况中的目标受力获得；能耗模型包括坡道能耗模型、弯道能耗模型以及站间距能耗模型。
[0111]
这里，坡道能耗模型为：
[0112][0113]
其中，er为坡道能耗，即有轨电机车在上(下)陡(缓)坡道所产生的运行能耗；m为有轨电机车空载时的重量(单位t)，vi和v
i-1
为有轨电机车在当前时刻i和前一时刻i-1的速度(单位km/h)；xi和x
i-1
为有轨电机车在i-1时刻至i时刻经过的坡道长度(单位km)；wr为坡道附加阻力(单位n/t)；a、b、c为变量，用于计算变速度机械功；δh为坡道垂直距离(单位km)，计算公式如下：
[0114]
δh＝lr·
sinθ；
[0115][0116]wair
为空气阻力(单位n/t)，计算公式如下：
[0117][0118]cx
为空气阻力系数；ω为有轨电机车最大截面积；ρ为空气密度；v为有轨电机车的相对速度(单位km/h)。
[0119]
进一步地，弯道能耗模型为：
[0120][0121]
其中，ec为弯道能耗，即有轨电机车在大(小)曲线弯道所产生的运行能耗；当有轨电机车在小曲线弯道，即弯道半径ri≤350m时，有轨电机车的最大限制速度当有轨电机车在大曲线弯道，弯道半径ri》350m时，有轨电机车的最大限制速度xi和x
i-1
为有轨电机车在i-1时刻至i时刻经过的弯道长度(单位km)；a、b、c为变量，用于计算变速度机械功；wc为弯道附加阻力(单位n/t)，计算公式如下：
[0122][0123]
l为有轨电机车长度；lc为有轨电机车在当前时刻i的实际长度。
[0124]
更进一步地，站间距能耗模型为：
[0125][0126]
其中，ed为站间距能耗，即有电机车在长(短)站间距所产生的运行能耗；si为站间距，当站间距si》2000m时，称为长站间距；当站间距si≤2000m时，称为短站间距；η为电机和
齿轮的效率；a、b、c为变量，用于计算变速度机械功；f(v)为当前速度vi下的有轨电机车的牵引力(单位n/t)。
[0127]
还需要说明的是，有轨电机车站间距的设定是对有轨电机车消耗能量还有乘客出行效率的统一规划，当站间距过短时，乘客便利性提升，但是由于站间距过短有轨电机车频繁牵引和制动，消耗大量能量，同时需要增加有轨电机车的数量方可保证使用效率。
[0128]
当站间距过长时，有轨电机车在运行时可以先采用最大牵引工况，然后切换为巡航工况，再切换为惰行工况，最后切换为制动工况，有效减少运行能耗，但是站间距过长会降低乘客便利性，增加车站人员负荷。
[0129]
当相同站间距时，不同操纵策略有轨电机车的运行能耗也打不相同。若有轨电机车在行驶过程中，牵引工况行驶的距离和制动工况行驶的距离占整个站间距的60％以上，将会消耗大量的能量，虽然制动工况将一部分动能反馈到牵引工况，但还是消耗了许多能量；相反，若有轨电机车在行驶过程中，巡航工况行驶的距离和惰行工况行驶的距离占整个站间距的60％以上，将会节省许多能耗。
[0130]
可选地，根据受力情况，分别构建有轨电机车在不同路况运行的能耗模型之后，还包括：
[0131]
根据能耗模型，分别对有轨电机车运行在不同路况所产生的运行能耗进行仿真分析。
[0132]
需要说明的是，对上述的坡道能耗模型进行仿真，设置参数如下：上坡道路况的坡度为正，下坡道路况的坡度为负，坡道长度为800m，限速80km/h，不同坡度的仿真结果如下表1和表2所示：
[0133][0134]
表1
[0135]
这里，表1为上坡道路况的运行能耗与运行时间仿真结果，根据该表的仿真结果可知，当有轨电机车处于上坡道路况时，随着坡度增加，“优化前”和“优化后”(采用本发明实施例的能耗模型为优化后)有轨电机车的运行能耗均增加，但是“优化后”相比“优化前”，有轨电机车的节能效果明显，且坡度越大，节能效果越好，所以可以采用本发明实施例的坡道能耗模型，略微增加运行时间，但是节能效果明显。
[0136][0137]
表2
[0138]
这里，表2为下坡道路况的运行能耗与运行时间仿真结果，根据该表的仿真结果可知，当有轨电机车处于下坡道路况时，随着坡度的增加，大部分由重力势能转换而成，并且缩短了有轨电机车的运行时间，“优化前”和“优化后”有轨电机车的运行能耗均减少，但是“优化后”相比“优化前”，有轨电机车的节能效果明显，且坡度越小，节能效果越好。
[0139]
进一步地，对上述的弯道能耗模型进行仿真，设置参数如下：弯道长度为800m，大曲线弯道限速54km/h，小曲线弯道限速42km/h，不同弯道半径的仿真结果如下表3和表4所示：
[0140][0141]
表3
[0142]
这里，表3为小曲线弯道路况的运行能耗与运行时间仿真结果，根据该表的仿真结果可知，当弯道半径小于200m时，能耗可能出现增加的情况；当有轨电机车经过小曲线弯道时，随着弯道半径的增加，“优化前”和“优化后”有轨电机车的运行能耗均增加，但是“优化后”相比“优化前”，有轨电机车的节能效果明显，尤其是弯道半径越大，节能效果越好，所以可以采用本发明实施例的弯道能耗模型，略微增加运行时间，但是节能效果明显。
[0143][0144]
表4
[0145]
这里，表4为大曲线弯道路况的运行能耗与运行时间仿真结果，根据该表的仿真结果可知，当有轨电机车经过大曲线弯道时，随着弯道半径的增加，节能优化效果越稳定，而且有轨电机车的运行时间也略微减少。
[0146]
更进一步地，对上述的站间距能耗模型进行仿真，设置参数如下：目标线路中无坡道路况且无弯道路况的1500m至2500m为站间距，站间距超过2000m为长站间距，站间距小于2000m为短站间距，限速8080km/h，不同站间距的仿真结果如下表5和表6所示：
[0147][0148]
表5
[0149]
这里，表5为短站间距的运行能耗与运行时间仿真结果，根据该表的仿真结果可知，当有轨电机车处于短站间距时，随着站间距增加，“优化前”和“优化后”的运行能耗均增加，但是“优化后”有轨电机车的节能效果明显，所以可以采用本发明实施例的站间距能耗模型，略微增加运行时间，但是节能效果明显。
[0150][0151]
表6
[0152]
这里，表6为长站间距的运行能耗与运行时间仿真结果，根据该表的仿真结果可知，当有轨电机车处于长站间距时，“优化后”相比“优化前”，有轨电机车的节能效果明显，所以可以采用本发明实施例的站间距能耗模型，略微增加运行时间，但是节能效果明显。
[0153]
可选地，根据能耗模型，构建节能优化模型，包括：
[0154]
根据能耗模型，采用帕累托(pareto)最优方法，构建节能优化模型；
[0155]
其中，节能优化模型包括：每种路况能耗最低模型、等式约束条件以及不等式约束条件；
[0156]
每种路况能耗最低模型根据每种路况的实际能耗、目标优化能耗以及权重关系系数确定；
[0157]
等式约束条件包括：速度条件、合力条件以及不同路况的能耗权重关系条件中的至少一项；
[0158]
不等式约束条件包括：速度约束条件、弯道半径约束条件、牵引力约束条件以及电机效率约束条件中的至少一项。
[0159]
需要说明的是，依据帕累托最优解的定义及多目标问题对有轨电机车的多路况下的运行工况进行优化。由于多目标优化蕴含着多个目标之间的冲突，无法使所有目标同时达到最优，因此决策者需要在不同目标之间做出权衡。
[0160]
与单目标优化相比，多目标优化有一套相对独立的处理方式，可以根据目标空间中解的帕累托支配关系对所有解进行排序和选择。所谓的支配关系是指一个解能够支配另一个解，当且仅当它对应的所有目标不劣于另一个解，且至少存在一个目标优于另一个解。
[0161]
所有非可支配解在目标空间中的映射点构成帕累托前沿。按照帕累托支配关系来处理多个目标这种方式对任何目标而言不包含决策者的偏好，求解的目标时得到一组能够较好的覆盖帕累托前沿的解，从而包含对不同目标的各种权衡方案。
[0162]
进一步地，为了使有轨电机车运行能耗降到最低，合理的设置不同路况下的操纵策略，在有轨电机车经过坡道、弯道和不同站间距时，使有轨电机车总能耗最低。这里是一个典型的多目标问题。即在一组约束条件下，使各个子目标都达到最优，最终使目标整体达到最优，多目标优化问题公式如下：
[0163]
[0164]
其中，x＝[x1,x2,x3,
…
x
l
]为l个决策控制变量；g(x)为n个优化目标；hi(x)为等式约束条件；fj(x)为不等式约束条件。
[0165]
更进一步地，根据坡道能耗模型、弯道能耗模型以及站间距能耗模型构建有轨电机车多路况节能优化模型，具体公式如下：
[0166]
每种路况能耗最低模型：每种路况能耗最低模型：
[0167]
其中，er为目标优化坡道能耗；ec为目标优化弯道能耗；ed为目标优化站间距能耗；为实际坡道能耗；为实际弯道能耗；为实际站间距能耗；r是弯道半径；f(v)是有轨电机车牵引力；a、b和c为三种能耗的权重关系值，如下表7所示，具体值根据线路情况而定。
[0168][0169]
表7
[0170]
这里，表7的前三列中的“0”表示没有该列的能耗，“1”表示有该列的能耗，例如第二行没有坡道能耗、没有弯道能耗、有站间距能耗。
[0171]
当-3
°
《θ(坡度)《3
°
时，视为有坡道也产生能耗，但和陡坡道相比能耗忽略不计；当θ(坡度)＝0
°
时，视为平坡道，无坡道能耗；当800m《ri《1000m时，视为有曲线弯道也产生能耗，但和小曲线弯道相比能耗忽略不计；当ri》1000m时，视为平直线路，无弯道能耗。
[0172]
可选地，根据线路情况和预先构建的有轨电机车在多路况运行的节能优化模型，确定有轨电机车运行于目标线路时的运行工况的操纵策略，包括：
[0173]
根据线路情况和所述节能优化模型，计算有轨电机车运行于目标线路的目标运行时间和目标运行速度；其中，线路情况包括：坡度信息、弯道信息、站间距信息以及限速信息中的至少一项；
[0174]
根据目标运行时间和目标运行速度，确定运行工况的操纵策略；
[0175]
其中，运行工况包括：牵引工况、惰行工况、巡航工况以及制动工况中的至少一项。
[0176]
这里，线路情况还包括：限时信息。
[0177]
需要说明的是，为了使有轨电机车运行能耗降到最低，合理的设置不同路况下的
操纵策略，在有轨电机车经过不同坡道、不同弯道和不同站间距的多种组合的线路时，使总运行能耗最低，以达到最节能的状态。
[0178]
具体地，将有轨电机车所处的目标线路的线路情况，即实际线路情况，代入本发明实施例的节能优化模型中，计算出最低运行能耗，根据该最低运行能耗、限速信息和限时信息，得出对应最低运行能耗的每种路况的运行时间和运行速度，即目标运行时间和目标运行速度，从而得出该目标线路的最佳的操纵策略。
[0179]
这里，选取长度为1.785km的运行距离进行仿真实验，此过程有轨电机车的运行工况的操纵策略如下表8所示：
[0180][0181]
表8
[0182]
以有轨电机车所停位置标记为0km，刚启动时，以牵引工况开始并持续运行到0.350km处切换为惰行工况，此时共运行17.9s，运行速度69km/h，产生19.7j能耗；再以惰行工况持续运行到0.513km处切换为制动工况，此时共运行21.6s，运行速度43km/h，产生41.3j能耗；随即以制动工况持续运行到0.671km处切换为牵引工况，此时共运行29.5s，运行速度53km/h，产生59.7j能耗；再以牵引工况持续运行到0.827km处切换为惰行工况，此时共运行41.1s，运行速度56km/h，产生83.1能耗；然后以惰行工况持续运行到0.971km处切换为巡航工况，此时共运行56.8s，运行速度56km/h，产生105.4j能耗；再以巡航工况持续运行到1.129km处切换为牵引工况，此时共运行66.3s，运行速度63km/h，产生116.4j能耗；然后以牵引工况持续运行到1.281km处切换为惰行工况，此时共运行69.7s，运行速度51km/h，产生138.9j能耗；以持惰行工况运行到1.436km处，此时共运行78.3s，运行速度43km/h，产生156.1j能耗；继续以惰行工况运行到1.589km处切换为牵引工况，此时共运行96.7s，运行速度66km/h，产生177.4j能耗；最后以牵引工况运行到1.785km处切换为制动工况，此时共运行108.1s，运行速度97km/h，产生198.3j能耗。
[0183][0184]
表9
[0185]
需要注意的是，优化后指的是采用本发明实施例的操纵策略控制有轨电机车运行。
[0186]
根据上表9可知，采用本发明实施例的操纵策略，确保有轨电机车的总运行能耗减少，达到节能优化效果，而且缩短了运行时间。
[0187]
如图6所示，本发明实施例还提供一种有轨电机车控制装置，包括：
[0188]
获取模块601，用于获取目标线路的线路情况；
[0189]
第一确定模块602，用于根据线路情况和预先构建的节能优化模型，确定有轨电机车运行于目标线路时的运行工况的操纵策略；
[0190]
控制模块603，用于根据操纵策略，控制有轨电机车在目标线路上运行；
[0191]
其中，节能优化模型的优化目标使得有轨电机车在多路况运行时的能耗小于能耗阈值；操纵策略包括：不同运行工况的切换顺序、运行时间以及运行速度。
[0192]
本发明实施例，通过获取目标线路的线路情况；根据线路情况和预先构建的节能优化模型，确定有轨电机车运行于目标线路时的运行工况的操纵策略；根据操纵策略，控制有轨电机车在目标线路上运行，在规定时间和最大限速调节下降低有轨电机车的运行能耗最低，并实现了在最低能耗下发挥最大机车使用效率。
[0193]
可选地，装置还包括：
[0194]
第二确定模块，用于确定有轨电机车在不同路况上的受力情况；
[0195]
第一构建模块，用于根据受力情况，分别构建有轨电机车在不同路况运行的能耗模型；
[0196]
第二构建模块根据能耗模型，构建节能优化模型。
[0197]
可选地，第二确定模块具体用于以下至少一项：
[0198]
在路况为坡道路况的情况下，确定牵引力、坡道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；
[0199]
在路况为弯道路况的情况下，确定牵引力、弯道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；
[0200]
在路况为站间路况的情况下，确定牵引力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项。
[0201]
可选地，第一构建模块具体用于：
[0202]
根据所述受力情况，计算有轨电机车在目标路况的动能、变速度机械功、重力势能以及目标机械功中的至少一项，构建与目标路况对应的能耗模型；
[0203]
其中，目标机械功根据受力情况中的目标受力获得；能耗模型包括坡道能耗模型、弯道能耗模型以及站间距能耗模型。
[0204]
可选地，装置还包括：
[0205]
仿真模块，用于根据能耗模型，分别对有轨电机车运行在不同路况所产生的运行
能耗进行仿真分析。
[0206]
可选地，第二构建模块具体用于：
[0207]
根据能耗模型，采用帕累托最优方法，构建所述节能优化模型；
[0208]
其中，节能优化模型包括：每种路况能耗最低模型、等式约束条件以及不等式约束条件；
[0209]
每种路况能耗最低模型根据每种路况的实际能耗、目标优化能耗以及权重关系系数确定；
[0210]
等式约束条件包括：速度条件、合力条件以及不同路况的能耗权重关系条件中的至少一项；
[0211]
不等式约束条件包括：速度约束条件、弯道半径约束条件、牵引力约束条件以及电机效率约束条件中的至少一项。
[0212]
可选地，第一确定模块602具体用于：
[0213]
根据线路情况和节能优化模型，计算有轨电机车运行于目标线路的目标运行时间和目标运行速度；其中，线路情况包括：坡度信息、弯道信息、站间距信息以及限速信息中的至少一项；
[0214]
根据目标运行时间和目标运行速度，确定运行工况的操纵策略；
[0215]
其中，运行工况包括：牵引工况、惰行工况、巡航工况以及制动工况中的至少一项。
[0216]
需要说明的是，本发明实施例提供的有轨电机车控制装置是能够执行上述的有轨电机车控制方法的装置，则上述的有轨电机车控制方法的所有实施例均适用于该装置，且能达到相同或者相似的技术效果。
[0217]
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如上述的有轨电机车控制方法的步骤。
[0218]
本发明实施例还提供一种可读存储介质，可读存储介质上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如上述的有轨电机车控制方法的步骤。
[0219]
其中，处理器为上述实施例中的电子设备中的处理器。可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等。
[0220]
上述范例性实施例是参考该些附图来描述的，许多不同的形式和实施例是可行而不偏离本发明精神及教示，因此，本发明不应被建构成为在此所提出范例性实施例的限制。更确切地说，这些范例性实施例被提供以使得本发明会是完善又完整，且会将本发明范围传达给那些熟知此项技术的人士。在该些图式中，组件尺寸及相对尺寸也许基于清晰起见而被夸大。在此所使用的术语只是基于描述特定范例性实施例目的，并无意成为限制用。如在此所使用地，除非该内文清楚地另有所指，否则该单数形式“一”、“一个”和“该”是意欲将该些多个形式也纳入。会进一步了解到该些术语“包含”及/或“包括”在使用于本说明书时，表示所述特征、整数、步骤、操作、构件及/或组件的存在，但不排除一或更多其它特征、整数、步骤、操作、构件、组件及/或其族群的存在或增加。除非另有所示，陈述时，一值范围包含该范围的上下限及其间的任何子范围。
[0221]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种有轨电机车控制方法，其特征在于，包括：获取目标线路的线路情况；根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略；根据所述操纵策略，控制所述有轨电机车在所述目标线路上运行；其中，所述节能优化模型的优化目标使得所述有轨电机车在多路况运行时的能耗小于能耗阈值；所述操纵策略包括：不同运行工况的切换顺序、运行时间以及运行速度。2.根据权利要求1所述的有轨电机车控制方法，其特征在于，根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略之前，还包括：确定所述有轨电机车在不同路况上的受力情况；根据所述受力情况，分别构建所述有轨电机车在不同路况运行的能耗模型；根据所述能耗模型，构建所述节能优化模型。3.根据权利要求2所述的有轨电机车控制方法，其特征在于，确定所述有轨电机车在不同路况上的受力情况，包括以下至少一项：在路况为坡道路况的情况下，确定牵引力、坡道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；在路况为弯道路况的情况下，确定牵引力、弯道附加阻力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项；在路况为站间路况的情况下，确定牵引力、制动力、基本运行阻力以及空气阻力中的至少一项。4.根据权利要求2所述的有轨电机车控制方法，其特征在于，根据所述受力情况，分别构建所述有轨电机车在不同路况运行的能耗模型，包括：根据所述受力情况，计算所述有轨电机车在目标路况的动能、变速度机械功、重力势能以及目标机械功中的至少一项，构建与所述目标路况对应的能耗模型；其中，所述目标机械功根据所述受力情况中的目标受力获得；所述能耗模型包括坡道能耗模型、弯道能耗模型以及站间距能耗模型。5.根据权利要求2所述的有轨电机车控制方法，其特征在于，根据所述受力情况，分别构建所述有轨电机车在不同路况运行的能耗模型之后，还包括：根据所述能耗模型，分别对所述有轨电机车运行在不同路况所产生的运行能耗进行仿真分析。6.根据权利要求2所述的有轨电机车控制方法，其特征在于，根据所述能耗模型，构建所述节能优化模型，包括：根据所述能耗模型，采用帕累托最优方法，构建所述节能优化模型；其中，所述节能优化模型包括：每种路况能耗最低模型、等式约束条件以及不等式约束条件；所述每种路况能耗最低模型根据每种路况的实际能耗、目标优化能耗以及权重关系系数确定；所述等式约束条件包括：速度条件、合力条件以及不同路况的能耗权重关系条件中的
至少一项；所述不等式约束条件包括：速度约束条件、弯道半径约束条件、牵引力约束条件以及电机效率约束条件中的至少一项。7.根据权利要求1所述的有轨电机车控制方法，其特征在于，根据所述线路情况和预先构建的所述有轨电机车在多路况运行的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略，包括：根据所述线路情况和所述节能优化模型，计算所述有轨电机车运行于所述目标线路的目标运行时间和目标运行速度；其中，所述线路情况包括：坡度信息、弯道信息、站间距信息以及限速信息中的至少一项；根据所述目标运行时间和目标运行速度，确定所述运行工况的操纵策略；其中，所述运行工况包括：牵引工况、惰行工况、巡航工况以及制动工况中的至少一项。8.一种有轨电机车控制装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取目标线路的线路情况；第一确定模块，用于根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略；控制模块，用于根据所述操纵策略，控制所述有轨电机车在所述目标线路上运行；其中，所述节能优化模型的优化目标使得所述有轨电机车在多路况运行时的能耗小于能耗阈值；所述操纵策略包括：不同运行工况的切换顺序、运行时间以及运行速度。9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的有轨电机车控制方法的步骤。10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的有轨电机车控制方法的步骤。

技术总结
本发明提供了一种有轨电机车控制方法、装置及电子设备，涉及工业控制技术领域，所述有轨电机车控制方法包括：获取目标线路的线路情况；根据所述线路情况和预先构建的节能优化模型，确定所述有轨电机车运行于所述目标线路时的运行工况的操纵策略；根据所述操纵策略，控制所述有轨电机车在所述目标线路上运行；其中，所述节能优化模型的优化目标使得所述有轨电机车在多路况运行时的能耗小于能耗阈值；所述操纵策略包括：不同运行工况的切换顺序、运行时间以及运行速度。本发明的方案可以使得有轨电机车在规定时间和最大限速条件下达到能耗最低。耗最低。耗最低。


技术研发人员：田润琳
受保护的技术使用者：中移智行网络科技有限公司 中国移动通信集团有限公司
技术研发日：2021.11.15
技术公布日：2023/5/16