25244

طراحي سامانه¬ي بهينه¬ي راهبري خودكار قطار با استفاده از كنترل¬كننده¬ي پيش¬بين به همراه مطالعه¬ي موردي خط يك متروي تهران

كارشناسي ارشد

مهندسي كنترل و علائم

ورودي مهر 96

30/خرداد/1400

محمدعلي صنديدزاده

سعيد شمقدري

مهندسي راه آهن

با افزايش تقاضاي سفرهاي درون¬شهري و همچنين با توجه به مسائل زيست¬محيطي، از حمل و نقل ريلي درون¬شهري به عنوان گزينه¬اي سبز و مناسب ياد شده است. با اين وجود، با توجه به محدود بودن زيرساخت¬ها اعم از خطوط و ناوگان¬هاي ريلي و منابع انرژي، بهره¬برداري ايمن، كارا و بهينه از شبكه¬هاي ريلي اهميت ويژه¬اي پيدا مي¬كند. در اين ميان، مسئله¬ي راهبري قطارها نقش كليدي دارد. به همين علت، ارائه¬ي راهكاري براي راهبري ايمن، كارا و بهينه¬ي قطار از اهميت ويژه¬اي برخوردار است. در اين پژوهش، پس از بررسي اجمالي تعريف، هدف و حيطه¬ي عمل فن¬آوري راهبري خودكار قطار(ATO) و مرور برخي مطالعات و تحقيقات انجام شده در اين زمينه، سامانه¬ي راهبري خودكاري با استفاده از روش كنترلي پيش¬بين (MPC) طراحي و معرفي شده است كه با لحاظ كردن مشخصات فني قطار و خط ريلي، به تعيين و اجراي راهبردي براي حركت قطار مي¬پردازد كه ضمن درنظر گرفتن محدوديت¬هاي فيزيكي قطار و خط، و رعايت قيود مربوط به ايمني و كارايي سفر، مساله¬ي بهينگي حركت قطار از جهت مصرف انرژي را نيز مد نظر قرار مي¬دهد. سپس براي بررسي تاثير سامانه¬ي پيشنهادي در كاهش مصرف انرژي و همچنين عملكرد و كارايي آن در حضور اغتشاشات و نامعيني¬هاي مربوط به فضاي عملي، مطالعه¬ي موردي خط يك متروي تهران با شبيه¬سازي حركت قطار از ايستگاه شهيد بخارايي به ايستگاه پايانه جنوب با استفاده از اين سامانه انجام شد كه نتايج، نشان¬دهنده¬ي موفقيت و عملكرد مناسب آن است. در انتها نيز پيشنهادهايي براي كارهاي تحقيقي آتي ذكر شده است.

1400/06/29

An Optimal Automatic Train Operation System Design Using a Model Predictive Controller with a Case Study of Tehran Metro Line 1

1/1/1900 12:00:00 AM

With the increasing demand for intra-city travel and also due to environmental issues, urban rail transportation has been mentioned as a green and suitable option. However, due to the limited infrastructures, including railway lines, trains and energy resources, the safe, efficient and optimal operation of rail networks is of particular importance. The issue of train operation plays a key role in this. For this reason, providing a solution for safe, efficient and optimal train operation is of particular importance. In this study, after an overview of the definition, purpose and scope of automatic train operation (ATO) technology and review of some studies and researches in this field, an automatic train operation system has been designed and introduced using the model predictive control method (MPC), which, by considering the technical specifications of the train and the rail line, determines and implements a strategy for moving the train that considers the optimality -in terms of energy consumption- while taking into account the physical limitations of the train and the line and observing the restrictions related to safety and travel efficiency. Then, to investigate the effect of the proposed ATO system in reducing energy consumption as well as its performance and efficiency in the presence of disturbances and uncertainties related to actual condition, a case study of Tehran Metro Line 1 was done by simulating train movement from Shahid Bokharaei station to Payaneh Jonoub (Jonoub Terminal) station using the system; the results of which show the success and proper performance of the system. Finally, some suggestions for future researches are given.

راهبري خودكار قطار , كنترل پيش بين غيرخطي , منحني بهينه ي سرعت , معادلات حركتي قطار

Automatic Train Operation , Nonlinear Model Predictive Control , Optimal Speed Profile , Longitudinal train dynamics