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侧风环境下城轨列车自动驾驶控制策略研究OA

Control Strategy for Automatic Train Operation of Urban Rail Trains Under Crosswind Conditions

中文摘要英文摘要

为研究城市轨道交通系统中的列车自动驾驶问题,特别是针对侧风环境下的节能与安全控制策略.详细阐述列车动力学模型构建、多目标优化建模以及侧风环境对运行的影响,提出一种基于深度强化学习(Deep Rein-forcement Learning,DRL)的列车自动驾驶策略.通过Tr(Time Redundancy)参考系统规划解决稀疏奖励问题,并设计详细的奖励函数来指导智能体的学习过程.此外,DQN-Tr算法结合Tr参考规划和深度Q网络,提高算法的收敛速度和稳定性.实验仿真部分以重庆某地铁线路为背景进行验证,结果显示,DQN-Tr算法在停车准确性与准时性上表现优异,并在能耗上实现显著节约.与传统PID控制算法相比,DQN-Tr不仅在准确性上提升 0.05%,而且在能耗上节省 11.45%,在确保行车安全的同时有效降低能耗,为城市轨道交通提供一种高效、节能的控制方法.

This paper primarily investigated automatic train operation in urban rail transit systems,with a particular focus on energy-saving and safety control strategies under crosswind conditions.It detailed the construction of the train dynamics model,multi-objective optimization modeling,and impacts of crosswind conditions on operation.An automatic train operation strategy based on Deep Reinforcement Learning(DRL)was proposed.The sparse reward problem was addressed through Tr(Time redundancy)reference planning,and a detailed reward function was designed to guide the agent's learning process.In addition,the DQN-Tr algorithm combined Tr reference planning with Deep Q-Network(DQN),improving the convergence speed and stability of the algorithm.Experimental simulations were conducted using a subway line in Chongqing as a case study,and the approach was validated.The results showed that the DQN-Tr algorithm performed well in stopping accuracy and punctuality,while achieving significant energy savings.Compared with traditional PID control,DQN-Tr increased accuracy by 0.05%and reduced energy consumption by 11.45%,effectively lowering energy use while ensuring operational safety,thereby providing an efficient and energy-saving control method for urban rail transit.

杨浩博;陈晓强;郭佑民;胥如迅;李德仓

兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070||兰州交通大学机电技术研究所,兰州 730070兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070||兰州交通大学机电技术研究所,兰州 730070||甘肃省物流与运输装备行业技术中心,兰州 730070||甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心,兰州 730070兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070||兰州交通大学机电技术研究所,兰州 730070兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070||兰州交通大学机电技术研究所,兰州 730070||甘肃省物流与运输装备行业技术中心,兰州 730070||甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心,兰州 730070兰州交通大学机电工程学院,兰州 730070||兰州交通大学机电技术研究所,兰州 730070||甘肃省物流与运输装备行业技术中心,兰州 730070||甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心,兰州 730070

交通工程

城市轨道交通列车自动驾驶系统节能优化深度强化学习Tr参考规划动力学模型多目标优化侧风环境

urban rail transitautomatic train operation systemenergy-saving optimizationdeep reinforcement learningTr reference planningdynamics modelmulti-objective optimizationcrosswind conditions

《铁道标准设计》 2026 (3)

190-197,8

国家自然科学基金项目(72061021)甘肃省科技计划项目(22JR11RA146)兰州交通大学青年基金资助项目(2021018)

10.13238/j.issn.1004-2954.202404190007

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