طراحي سيستم هدايت خودكار قطار مبتني بر الگوريتم هاي هوشمند با رويكرد كاربردي

كارشناسي ارشد

سال‌ها تجربه در زمينه توسعه و كاربرد سيستم‌هاي راهبري قطار خودكار در راه‌آهن‌هاي شهري وجود دارد. در طي اين سال‌ها، هدايت اتوماتيك در بسياري از سيستم‌هاي حمل و نقل عمومي به دليل مزايايي كه فراهم مي‌كند، در حال گسترش است. استفاده از هدايت اتوماتيك قطار، زمان‌هاي سفر منظم و قابل‌پيش‌بيني تري را در مقايسه با عمليات دستي فراهم مي‌كند. اين امر منجر به افزايش ظرفيت حمل و نقل و همچنين افزايش وقت‌شناسي مي‌شود. گزيده اي از مباحث اصلي هدايت اتوماتيك قطار در فصول اول و دوم بحث شده است. در فصل سوم مشخصات سرعت به عنوان يكي از اساسي ترين مسائل بهينه سازي در حمل و نقل ريلي مورد بررسي قرار گرفته است. مشخصات سرعت داراي چندين شاخص مانند زمان سفر و مصرف انرژي است. اين شاخص ها عمدتا داراي ماهيت غير هم ساز هستند ، كه منجر به يك مسئله بهينه سازي چند هدفه غير خطي و پيچيده مي شود. اين پژوهش يك الگوريتم ابتكاري جديد به نام "جستجوي هوشيارانه" براي تعيين مشخصات سرعت بهينه معرفي مي كند. براي اين منظور ، پس از مدل سازي ديناميك قطار ، ابتدا الگوريتم هاي تكاملي ، از جمله الگوريتم ژنتيك ، بهينه سازي ازدحام ذرات، كلوني زنبور عسل مصنوعي، الگوريتم زنبورها و بهينه سازي مبتني بر آموزش- يادگيري را تجزيه و تحليل مي كنيم. اين كار را به صورت آماري با استفاده از آناليز حساسيت انجام مي دهيم. سپس ، با استفاده از معيارهاي جديدي به نام ضريب تأثير ، نشان مي دهيم كه يك بده بستان در جستجوي جهاني و محلي الگوريتم ها حاكم است. به طور كلي ، هرچه الگوريتم در يك حوزه قوي تر باشد ، در حوزه ديگر ضعيف تر است. در تنيجه ، هيچ الگوريتمي كاملاً برتر از ديگري نيست. ما براي اين مسئله براي اولين بار الگوريتمي تحت عنوان جستجوي هوشيارانه (Conscious Search) را به عنوان يك الگوريتم تركيبي پيشنهاد مي كنيم كه بهينه سازي را در دو فاز جهاني و محلي جداگانه براي حل اين مشكل و انجام بهينه سازي ايده آل انجام مي دهد. مراحل جستجوي هوشيارانه براي غلبه بر الگوريتم هاي ديگر در هر دو مرحله محلي و جهاني طراحي شده است. در ارزيابي ، مشخصات سرعت قطار را با استفاده از روش پيشنهادي و الگوريتم هاي ذكر شده بدست آورديم. بر اساس نتايج شبيه سازي ، جستجوي هوشيارانه از الگوريتم هاي در نظر گرفته شده به لحاظ زماني حداقل 9% و حداكثر 102% بازه زماني گسترده تري را ارائه ميكند و براي زمان ثابت پروفيل ارائه شده حداقل و حداكثر ژول انرژي كمتري مصرف ميكند كه يهبود بسيار قابل توجهي محسوب مي گردد. راه حل هاي آن بر ديگران غالب است كه معيار غلبه، كمتر بودن زمان سفر در عين كمينه بودن انرژي مصرفي به صورت هم زمان مي باشد. به علاوه در فصل چهارم اين پژوهش ، مشكل رديابي سرعت براي عملكرد قطار خودكار نيز مورد مطالعه قرار گرفته است. يك كنترل كننده جديد تناسبي-انتگرال گير- مشتق گير هوشمند پيشنهاد شده است كه در آن چهار الگوريتم بهينه سازي وجود دارد: الگوريتم ژنتيك، بهينه سازي ازدحام ذرات، تكامل ديفرانسيل و الگوريتم رقابت استعماري، براي بهترين تنظيم پارامترهاي كنترل كننده و عملكرد سوئيچ استفاده مي شود. الگوريتم ها براي حالت هاي مختلف راهبري از جمله: شتاب گيري، حركت با سرعت ثابت، خلاصي، ترمز گيري و تغيير مشخصات سرعت تجزيه و تحليل شده اند. با استفاده از سوئيچ ، كنترل كننده با توجه به بهترين الگوريتم تنظيم مي شود. عمل سوئيچينگ از طريق تغيير جزئي از موقعيت فعلي به بهترين مقادير با مقادير گذرا كه توسط ساير خروجي هاي الگوريتم تعيين مي شود انجام مي شود. نتايج شبيه سازي نشان دهنده برتري روش پيشنهادي است. عملكرد ساختار پيشنهادي با يك الگوريتم بهينه سازي جستجوي هوشيارانه مقايسه مي شود. نتايج مقايسه نشان مي دهد كه روش پيشنهادي مي تواند مسير را در تمام حالت هاي رانندگي با دقت بسيار بالا دنبال كند. اين بهبود دقت به ترتيب در مد هاي راهبري شتابگيري، تغيير پروفايل، سرعت ثابت، شتاب منفي و نقطه توقف به ترتيب برابر 51.12% ، 15.15%، 97.98%، 90.18% و 0.1% مي باشد.

205674

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي كنترل و علائم

دكتر محمد علي صنديدزاده