融合Sigmoid搜索因子与Sine–Levy扰动的BWO列车节能优化研究
刘依梦，石勇，李嘉伟，张腾亚，李欣
（陕西科技大学电气与控制工程学院，西安 710021）
摘要：针对重载列车在严格运行时间约束下实现节能运行的问题，构建兼顾能耗与运行时间的列车速度优化模型，提升列车运行过程中的能耗控制水平，为重载铁路节能运行提供可行的优化方法。基于单质点列车动力学模型，建立以能耗与运行时间为主要优化目标、并明确设置速度约束条件的列车速度多目标优化模型，在空间域内对列车运行过程进行离散建模，输出满足运行约束的最优速度—距离轨迹。在此基础上，提出一种融合Sine混沌初始化、Sigmoid搜索因子与Sine–Levy协同扰动机制的改进白鲸优化算法（IBWO）。通过混沌映射增强初始种群多样性，引入Sigmoid搜索因子调节算法搜索过程，并结合Sine–Levy扰动改善搜索步长与方向更新策略，以提升算法在复杂约束条件下的优化效果。以重载铁路典型线路（四道柳—纳林川）为算例进行仿真验证，结果表明，在满足3600 s运行时间约束的前提下，IBWO优化后的运行时间为3588.01 s，时间偏差率约为0.4 %；IBWO优化后的总能耗为5695.55 MJ，较初始方案、传统BWO和GWO分别降低22.46 %、12.63 %和11.58 %；同时，IBWO生成的速度曲线全过程满足限速约束要求。由此可见，IBWO算法能够在严格时间约束条件下实现列车运行能耗降低，并保持运行时间控制精度，验证了IBWO算法在列车节能优化研究中的有效性。
关键词：铁路运输；列车节能运行；多目标优化；白鲸优化算法；速度曲线；重载列车
中图分类号: U284.48 文献标识码: A DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.202512100001