Задачами комплекса имитационного и полунатурного моделирования являются:

• отработка алгоритмов определения оптимальных управлений, обеспечивающих либо минимальный расход электроэнергии, либо минимизацию отклонения от запланированного расписания движения, и связанных с этим всех основных расчетных процедур и алгоритмов.

• получение оценок эффективности реализации оптимальных управлений, определяемых предложенными алгоритмами, и исследование влияния на эту эффективность действия возмущающих факторов.

Среди возможностей имитационного комплекса необходимо отметить следующие:

• моделирование в реальном масштабе времени;

• моделирование в ускоренном масштабе времени (более чем в 60 раз);

• возможность моделирования как полностью в автоматическом режиме, так и с включением в процесс моделирования оператора, имитирующего действия машиниста;

Разработанный программный комплекс имеет структуру, показанную на рис 1.

Рис 1. Структурная схема имитационного комплекса

Имитационный комплекс может развертываться как на отдельной , так и на нескольких, реализующих различные его функции ЭВМ, объединенных в вычислительную сеть. При применении нескольких компьютерах использует в совей работе методы распределенных вычислений, клиент – серверные технологии, что повышает эффективность его использования для различных задач.

Разработана технология проведения имитационных экспериментов с использованием данного комплекса в различных режимах.

В этой главе также обсуждены особенности программной реализации предложенных вариантов алгоритмов выработки рекомендаций по энергосберегающему управлению. Описывается подход к их машинной реализации, позволяющий эффективно по временным ресурсам и ресурсам аппаратного обеспечения (использованию памяти, мощности процессора) решать задачу выработки рекомендаций по оптимальному управлению пассажирским электропоездом.

В четвертой главедиссертации приводятся результаты исследований разработанных алгоритмов с использованием имитационного комплекса и других методов анализа. Приводятся тестовые примеры работы алгоритмов, подтверждающие их работоспособность и эффективность.

Например, ниже представлены графики с реализацией оптимальных управлений (рис. 2 ) и реализацией движения без оптимизации, на стратегии выдерживания постоянной скорости (рис. 3):

Рис.2 Кривая V(S) -движение по перегону согласно оптимальным управлениям

Рис 3. Кривая V(S) -движение по перегону без оптимизации управлений

В первом случае суммарные затраты энергии составили: 7 442

кВт ч., - во втором : 13 800 кВт ч.

Проводились также исследования на реальном маршруте «Москва-Мытищи»

При отсутствии возможности на данном этапе исследований проведения сравнений результатов работы по минимизации затрат электроэнергии предложенных для АИСС алгоритмов с экономией электроэнергии при управлении электропоездом профессионального машиниста в работе приведены сравнения результатов работы следующих алгоритмов:

1. алгоритм формирования управлений на основе решения задачи (1) по методу динамического программирования c оптимизацией ширины варьирования скорости;

2. алгоритм формирования управлений на основе решения задачи (1) по методу динамического программирования без оптиизации ширины варьирования скорости;

3. алгоритм полного перебора;

4. алгоритм основанный на стратегии выдерживания скорости в постоянном скоростном диапазоне.

Для обобщенной оценки сравнения результатов работы алгоритма (1) используется следующий комплексный критерий:

W=(W_x - W_b)/(W_x- W_o)

Критерий показывает, какую часть от потенциальных возможностей экономии использует предложенный для АИСС алгоритм.

где :

W_x – величина затрат электроэнергии при движении, основанной на стратегии выдерживания скорости в постоянном диапазоне скоростей (худшие управления)

W_o – величина затрат электроэнергии при движении с оптимизацией по алгоритму полного перебора (наилучшие управления)

W_b – величина затрат электроэнергии при движении с оптимизацией на базе рассмотренного в данной работе подхода

Сравнительная таблица результатов:

Степень кривизны профиля пути	Затраты электроэнергии на прохождение перегона (к Вт ч)				Значения критерия W
	Алг. 1	Алг. 2.	Алг. 3	Алг. 4	Алг.1	Алг. 2
0%	6 521	6 521	6 521	6 521	-	-
50%	7 388	7 841	7 179	8 340	0.82	0.43
100%	8 704	10 540	7 524	11 895	0.73	0.31

Проведение сравнений результатов работы алгоритмов с результатами управлений опытных машинистов и с другими аналогичными системами планируется в следующем этапе разработки АИСС.

График результатов исследования затрат электроэнергии на преодоление участка от величины задержки в пути:

В работе также приводились исследования работы алгоритмов в условиях действия случайных факторов.

На основе проведенных исследований можно дать следующие рекомендации по реализации алгоритмов в бортовой АИСС ведения поезда.

Возможны два принципиальных варианта реализации алгоритмов в АИСС. Поскольку система должна функционировать в реальном времени, наиболее ресурсоемкие (с точки зрения затрат машинного времени) расчеты следует либо выполнять в процессе движения, но для этого необходимо использовать достаточно производительную бортовую ЭВМ (случай 1). Структура и система данных разработанных алгоритмов позволяет проводить этот расчет заранее, до начала движения, - тогда необходимо использовать бортовую ЭВМ с достаточным объемом памяти (случай 2).

Для случая (1) необходимо использовать бортовую ЭВМ производительностью не ниже Pentium IV 1500 mHz, и объемом оперативной памяти порядка 32 мБ.

Для случая (2) достаточно боровой ЭВМ класса не ниже i486 с объемом оперативной памяти около 4 мБ и дисковой памятью около 500 мБ.

Второй случай с точки зрения денежных затрат выглядит предпочтительнее.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И результаты

1. Определен подход к созданию автоматизированной информационно–советующей системы ведения пассажирского электропоезда, позволяющий при сохранении надежности и безопасности движения на прежнем уровне, повысить экономию электроэнергии.

2. Осуществлены содержательная и формализованная постановки задачи формирования советующей информации по энергосберегающему управлению пассажирским электропоездом в АИСС ведения поезда, учитывающие технические характеристики электропоезда, профиль маршрута, расписание движения, возможные непредвиденные задержки на маршруте, и др.

3. Разработаны, программно реализованы алгоритмы решения поставленных в работе задач и в частности алгоритм выработки рекомендаций по энергосберегающему управлению пассажирским электропоездом для автоматизированной информационно –советующей системы.

4. Разработан и программно реализован программный комплекс моделирования движения поезда, позволяющий проводить апробацию алгоритмов выработки советующей информации по энергосберегающему ведению электропоезда.

5. Проведено исследование алгоритмов выработки советующей информации по энергосберегающему управлению пассажирским электропоездом и даны рекомендации по их реализации в бортовой автоматизированной информационно – советующей системе ведения пассажирского электропоезда.

На основе полученных результатов можно сделать выводы о предполагаемой эффективности использования разработанных алгоритмов в рамках АИСС управления пассажирским электропоездом, а также о целесообразности проведения дальнейшей разработки АИСС.

Предложенный подход к решению указанной задачи может быть применен к решению и других сходных задач управления.

ОБщие публикации по теме диссертации

1. Ларионов В.В. Имитационное моделирование движения пассажирского электропоезда. // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XII Международного научно-технического семинара. Сентябрь 2003 г., Алушта.- М.: Издательство МЭИ,-2003. – 420с.

2. Ларионов В.В. Архитектура комплекса разработки и отладки автоматизированной информационно-советующей системы ведения поезда. // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XIII Международного научно-технического семинара. Часть 3. Сентябрь 2004 г., Алушта.- М.: Издательство МГУ,-2004. 518с.

3. Ларионов В.В. Применение алгоритма динамического программирования для решения задачи оптимизации управления движением поезда. // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XIII Международного научно-технического семинара. Часть 1. Сентябрь 2004 г., Алушта.- М.: Издательство МГУ,-2004. 518с.

4. Хахулин Г.Ф., Чечиков Ю.Б., Ескин В.И., Ларионов В.В. Оптимальное энергосберегающее управление пассажирским электропоездом // Всероссийская научная конференция “Управление и информационные технологии” (УИТ 2003). Сб. ст. – Том 1. – С-Пб., Издательство Санкт-Петербург, 2003. С. 202-206