<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">vestnikvniizht</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2223-9731</issn><issn pub-type="epub">2713-2560</issn><publisher><publisher-name>Joint Stock Company "Railway Research Institute"</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21780/2223-9731-2021-80-1-13-19</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">vestnikvniizht-494</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Другое</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>Miscellaneous</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Метод построения адаптивного субоптимального стационарного регулятора движения поезда на основе искусственных нейронных сетей</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Method for constructing an adaptive suboptimal stationary train traffic controller based on artificial neural networks</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Малахов</surname><given-names>С. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Malakhov</surname><given-names>S. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Малахов Сергей Валерьевич, ассистент, кафедра «Тяговый подвижной состав»</p><p>Москва, 127055</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Sergey V. Malakhov, Assistant, Department “Traction Rolling Stock”</p><p>Moscow, 127055</p></bio><email xlink:type="simple">needhelps@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Капустин</surname><given-names>М. Ю.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kapustin</surname><given-names>M. Yu.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Капустин Михаил Юрьевич, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Тяговый подвижной состав»; член Научно-технического совета ОАО «РЖД»</p><p>Москва, 127055</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Mikhail Yu. Kapustin, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department “Traction Rolling Stock”; member of the Scientific and Technical Council of the JSC “RZD”</p><p>Moscow, 127055</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru">Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет&#13;
транспорта» (ФГАОУ ВО «РУТ» (МИИТ))<country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en">Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Russian University of Transport” (FGAOU VO “RUT” (MIIT))<country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2021</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>11</day><month>04</month><year>2021</year></pub-date><volume>80</volume><issue>1</issue><fpage>13</fpage><lpage>19</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Малахов С.В., Капустин М.Ю., 2021</copyright-statement><copyright-year>2021</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Малахов С.В., Капустин М.Ю.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Malakhov S.V., Kapustin M.Y.</copyright-holder><license license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/494">https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/494</self-uri><abstract><p>В статье рассмотрена современная методология выполнения синтеза субоптимального регулятора движения поезда с целью энергосбережения. Существующие методы оптимального управления тягой обладают рядом недостатков, главный из которых — отсутствие непосредственного использования в программе управления данных, полученных во время движения поезда. Математические модели, применяемые для решения оптимальной задачи, могут быть использованы корректно только в случае достаточной адекватности. Проверка на адекватность не является частью известных методов теории оптимального управления. Для устранения такого недостатка предлагается использовать метод оптимальных (субоптимальных) тяговых расчетов на основе искусственных нейронных сетей. Он позволяет повысить точность тяговых расчетов, что особенно важно в аспекте рассмотрения экономии энергозатрат, при этом сократив потребность в вычислительных мощностях. При использовании данного метода можно не только достичь результатов, близких к классическому методу Беллмана, но и проводить обучение или верификацию сети на основе зарегистрированных данных. В статье рассматривается процесс создания и обучения искусственной нейронной сети на модельных данных для решения задачи субоптимального управления. В качестве эталонных данных для обучения нейронной сети использовались режимы движения поезда, полученные методом Беллмана. Приведенные сравнительные результаты работы двух методов показывают применимость искусственных нейронных сетей для решения прикладных задач тяги поездов с возможностью непрерывного обучения, в том числе с использованием данных поездок, которые могут быть напрямую включены в обучающую или тестирующую выборку.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The article discusses the modern methodology for performing the synthesis of a suboptimal train controller for the purpose of energy saving. The existing methods of optimal traction control have a number of disadvantages, the main one of which is the lack of direct use in the control program of the data obtained during train operation. Mathematical models used to solve the op- timal problem can be used correctly only in the case of sufficient adequacy. Adequacy check is not part of the known methods of optimal control theory. To eliminate this drawback, it is proposed to use the method of optimal (suboptimal) traction calculations based on artificial neural networks. It improves the accuracy of traction calculations, which is especially important in the aspect of considering energy savings, while reducing the need for computing power. When using this method, it is possible not only to achieve results close to the classical Bellman method, but also to train or verify the network using the recorded data. The article discusses the process of creating and training an artificial neural network based on model data to solve the problem of suboptimal control. The train motion modes obtained by Bellman's method were used as reference data for training the neural network. The presented comparative results of the two methods show the applicability of artificial neural networks for solving applied problems of train traction with the possibility of continuous learning, including the use of trip data, which can be directly included in the training or testing set.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>тяговые расчеты</kwd><kwd>оптимизация тяговых расчетов</kwd><kwd>нормирование расходов энергоресурсов на тягу поездов</kwd><kwd>искусственные нейронные сети</kwd><kwd>автоматические системы управления транспортными средствами</kwd><kwd>тяговые свойства локомотива</kwd><kwd>регулирование сил тяги и торможения</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>traction calculations</kwd><kwd>optimization of traction calculations</kwd><kwd>rationing of energy consumption for train traction</kwd><kwd>arti- ficial neural networks</kwd><kwd>automatic vehicle control systems</kwd><kwd>traction properties of the locomotive</kwd><kwd>regulation of traction and braking forces</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Оптимизация управления движением поездов: учеб. пособие / Л. А. Баранов [и др.]; под ред. Л. А. Баранова. М.: МИИТ, 2011. 164 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Baranov L. A., Erofeev E. V., Meleshin I. S., Chin' L. M. Optimizatsiya upravleniya dvizheniem poezdov. Ucheb. posobie [Optimization of train traffic control. Textbook]. Moscow, MIIT Publ., 2011, 164 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ерофеев Е. В. Выбор оптимального режима ведения поезда на АЦВМ с применением метода динамического программирования // Труды МИИТ. 1967. Вып. 228. С. 16–30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Erofeev E. V. Vybor optimal'nogo rezhima vedeniya poezda na ATsVM s primeneniem metoda dinamicheskogo programmirovaniya [The choice of the optimal mode of running a train on a digital computer using the method of dynamic programming]. Trudy MIIT [Proceedings of the MIIT], 1967, Vol. 228, pp. 16–30.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования / пер. с англ. Н. М. Митрофановой; под ред. А. А. Первозванского. М.: Наука, 1965. 458 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bellman R., Dreyfus S. Prikladnye zadachi dinamicheskogo programmirovaniya [Applied problems of dynamic programming. English translation by N.M. Mitrofanova]. Moscow, Nauka Publ., 1965, 458 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Юренко К. И. Расчет энергооптимальных режимов движения перспективного подвижного состава методом динамического программирования // Известия вузов. Электромеханика. 2013. № 3. С. 78–82.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yurenko K. I. Raschet energooptimal'nykh rezhimov dvizheniya perspektivnogo podvizhnogo sostava metodom dinamicheskogo programmirovaniya [Calculation of energy-optimal modes of motion of perspective rolling stock by the method of dynamic programming]. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika [University news. Electromechanics], 2013, no. 3, pp. 78–82.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Малахов С. В., Капустин М. Ю. Реализация динамического программирования с учетом эффективного пересчета в бортовой системе // Наука и техника транспорта. 2020. № 2. С. 74–80.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Malakhov S. V., Kapustin M. Yu. Realizatsiya dinamicheskogo programmirovaniya s uchetom effektivnogo perescheta v bortovoy sisteme [Implementation of dynamic programming taking into account effective recalculation in the onboard system]. Science and Technology in Transport, 2020, no. 2, pp. 74–80.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мугинштейн Л. А., Илютович А. Е., Ябко И. А. Энергооптимальные методы управления движением поездов: сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ». М.: Интекст, 2012. 80 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Muginshteyn L. A., Ilyutovich A. E., Yabko I. A. Energooptimal'nye metody upravleniya dvizheniem poezdov. Sb. nauch. tr. OAO “VNIIZhT” [Energy-optimal methods of train traffic control. Proc. of the JSC “VNIIZhT”]. Moscow, Intext Publ., 2012, 80 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Юренко К. И., Савоськин А. Н., Фандеев Е. И. Исследование оптимальных траекторий движения поезда с учетом случайных факторов // Труды 3­й науч.­техн. конф. «Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте ИСУЖТ-2014» (Москва, 18 ноября 2014 г.) / ОАО «НИИАС». М., 2014. С. 211–214.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yurenko K. I., Savos'kin A. N., Fandeev E. I. Issledovanie optimal'nykh traektoriy dvizheniya poezda s uchetom sluchaynykh faktorov [Investigation of optimal trajectories of the train motion taking into account random factors]. Trudy 3-y nauch.-tekhn. konf. “Intellektual'nye sistemy upravleniya na zheleznodorozhnom transporte ISUZhT-2014” (Moskva, 18 noyabrya 2014 g.) [Proc. of the 3rd scientific and technical conference “Intelligent control systems in railway transport ISUZHT-2014” (Moscow, November 18, 2014)]. Moscow, JSC “NIIAS” Publ., 2014, pp. 211–214.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Колмогоров А. Н. О представлении непрерывных функций нескольких переменных в виде суперпозиций непрерывных функций одного переменного и сложения // Доклады АН СССР. 1957. Т. 114. № 5. С. 953–956.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kolmogorov A. N. O predstavlenii nepreryvnykh funktsiy neskol'kikh peremennykh v vide superpozitsiy nepreryvnykh funktsiy odnogo peremennogo i slozheniya [On the representation of continuous functions of several variables in the form of superpositions of continuous functions of one variable and addition]. Doklady AN SSSR [USSR’ Science Academy reports], 1957, Vol. 114, no. 5, pp. 953–956.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">HechtNielsen R. Kolmogorov's Mapping Neural Network Existence Theorem // IEEE First Annual Int. Conf. on Neural Networks. San Diego, 1987. Vol. 3. P. 11–13.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hecht-Nielsen R. Kolmogorov's Mapping Neural Network Existence Theorem. IEEE First Annual Int. Conf. on Neural Networks. San Diego, 1987, Vol. 3, pp. 11–13.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. Изд. 2-е, испр. М.; СПб.: Диалектика, 2019. 1104 c.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Khaykin S. Neyronnye seti: polnyy kurs [Neural networks: Complete course]. Izd. 2-e, ispr. [Edition 2nd, revised]. Moscow, St. Petersburg, Dialektika Publ., 2019, 1104 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
