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灰色系统理论在城市轨道交通自动驾驶的应用研究

作　者: 黄磊
导　师: 唐涛
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 灰色系统理论 列车自动驾驶系统 列车自动控制系统
分类号: U239.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 191次
引　用: 3次
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内容摘要


近年来,世界许多城市在“公交优先”的发展战略指导下,城市轨道交通的建设逐步推向了高潮。在这一背景下,城市轨道交通列车自动控制系统的探索非常活跃,产生了丰硕的成果。列车自动驾驶系统(Automatic Train OperationSystem,ATO)是列车自动控制系统(以下简称列控系统)中重要的一部分,它的主要功能是模拟司机完成驾驶列车的任务,使列车处于最佳运行状态。论文总结了前人研究ATO算法的经验,并分析了其不足之处。论文对ATO系统功能需求进行分析并对灰色系统理论进行研究。在分析ATO的特点的基础上,证明了ATO系统是一个灰色系统,进而说明灰色系统理论的一些优势能够在ATO控制方面进行发挥,能够弥补前人的一些不足之处。在论证灰色系统理论可用于ATO的基础上,提出了基于灰色系统理论的ATO控制算法。论文在明确ATO要完成的任务和所能得到的信息资源之后,把ATO的功能进行模块化分解,细化各模块的输入、输出及功能。运用灰色系统理论的方法实现各模块。灰色系统理论中序列算子生成、灰色预测、灰色决策等方法使得各模块的功能得以实现。然后综合各模块,使之成为一个相对独立的系统,能够与列控系统中其他子系统进行联结与合作,从而设计出基于灰色系统理论的ATO。论文最后对系统进行仿真。在对列车、线路等进行建模后,使“基于灰色系统理论的ATO”与目前较为成熟的“基于模糊控制策略的ATO”进行对比检验。从停车精度、准时性和旅客舒适性三个方面对两种控制方法进行对比。引入相关参数使控制效果量化,用量化的数据证明基于灰色系统理论的ATO的有效性。仿真结果证明了论文所设计的系统在工作流程、功能模块划分、控制策略、算法设计的合理性和正确性。为下一步的继续探索奠定了基础,也可为其他控制方法在ATO中的实现启迪思路。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-19
  1.1 课题的研究背景和意义  10
  1.2 ATO系统简介  10-14
    1.2.1 城市轨道交通信号系统  10-12
    1.2.2 ATO系统在列车自动控制系统中的作用  12-14
  1.3 ATO控制算法综述  14-17
    1.3.1 PID算法  14-15
    1.3.2 改进的PID算法  15
    1.3.3 智能控制算法  15-16
    1.3.4 集成型智能控制  16-17
  1.4 论文的结构  17-19
2 灰色理论基础  19-28
  2.1 灰色系统理论概述  19-22
    2.1.1 灰色系统理论的产生和研究对象  19-20
    2.1.2 灰色系统理论和其它两种不确定方法的关系  20-22
  2.2 论文所用到的灰色理论的四个方面  22-27
    2.2.1 灰色建模  22-24
    2.2.2 灰色预测  24-25
    2.2.3 灰色决策  25-26
    2.2.4 灰色控制  26-27
  2.3 本章小结  27-28
3 基于灰色系统理论的ATO的设计  28-51
  3.1 ATO的灰色性  28-29
  3.2 系统总体设计  29-33
    3.2.1 基于灰色系统理论的ATO的总体结构  29-32
    3.2.2 ATO控制算法对ATP所给信息的利用  32-33
  3.3 运行参考曲线的生成  33-37
    3.3.1 区间运行曲线  34-36
    3.3.2 车站运行曲线  36-37
  3.4 灰色预测模块的设计  37-43
    3.4.1 灰色预测模块工作流程  37-38
    3.4.2 灰色预测功能实现的步骤  38-42
    3.4.3 预测序列的确定  42-43
  3.5 灰色决策模块的设计  43-50
    3.5.1 灰色决策模块概述  43-44
    3.5.2 灰色决策的依据  44-46
    3.5.3 ATO灰色决策的实施  46-50
  3.6 本章小结  50-51
4 仿真分析  51-65
  4.1 仿真实现  51-57
    4.1.1 线路模型  51-52
    4.1.2 列车模型  52
    4.1.3 基于灰色系统理论的ATO的工作过程  52-55
    4.1.4 仿真策略及流程  55-57
  4.2 全程速度-距离曲线分析  57-58
  4.3 准时性分析  58-59
  4.4 停车精度分析  59-61
  4.5 旅客舒适度分析  61-63
  4.6 本章小结  63-65
5 总结与展望  65-66
参考文献  66-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 特种铁路 > 城市铁路、市郊铁路
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