基于安全计算机平台的无线闭塞中心仿真研究*

时速300公里以上的新建铁路线已确定采用CTCS-3级列控系统。为了构建CTCS-3级列控系统仿真测试平台,本文进行了无线闭塞中心仿真研究。研究方法如下：1）针对无线闭塞中心的安全需求,提出安全计算机平台设计方法;2）通过深入分析CTCS-3级列控系统系统需求规范,掌握无线闭塞中心的功能需求;3）进行仿真RBC软件设计与实现。通过在仿真测试平台中实际应用表明,目前的仿真RBC能够完成应有的功能,并满足CTCS-3级列控系统仿真测试平台建设需求。     

基于CPN的列控系统等级转换建模与分析

在高速列车运行过程中,列控系统等级转换过程所用的时长和转换成功概率,直接影响列车运行安全和行车效率。利用有色Petri网对CTCS-3级列控系统和CTCS-2级列控系统之间等级转换以及典型设备故障导致降级场景分别建模,模拟等级转换过程中RBC（Radio Block Center,无线闭塞中心）,车载设备,有源应答器之间的信息交互过程。分析了列车速度对等级转换实时性的要求和对转换成功概率的影响,以及突发降级的可能性,结果表明建模方法满足CTCS-3级列控系统的安全性和兼容性要求。     

基于灰色遗传的高速列车速度控制器模型研究

速度控制器是列车自动驾驶系统(ATO)的核心,针对目前尚无研发成熟的速度控制器应用于高速列车的情况,引入灰色系统理论研究高速列车速度控制器模型;在灰色遗传预测模块中,对影响模型精度的λ值提出了基于遗传算法的求解方法,根据列车运行的4个目标设计其适应度函数,并加入先验知识判定对约束条件进行处理,同时建立新陈代谢GM(1,1)模型,在列车运行过程中不断求解新的模型参数a和b,实现模型在线校正,使系统可以进行长期预测;在灰色决策模块中,将高速列车的工况及运行目标转化为决策要素,应用灰靶决策产生最优策略控制列车运行;仿真结果显示了该模型应用于列车自动控速时的有效性和实时性,并使各项运行指标都有所提高。     

浅谈列控系统在轨道交通中的应用

在我国轨道交通的运营中,列车运行控制系统为列车的运行提供了安全保障,同时又提高了列车的运行速度,增加了乘坐的舒适度.目前我国使用的列控系统是我国自主研制的CTCS系列,其中CTCS-2级系统在列控系统中使用率相对较高,以CTCS-2级为基础分析了该系统的组成、原理以及发码原则,并对该系统的应用以及应用中的优势进行了简要...     

基于最优预见控制的高速列车速度控制器研究

针对高速列车自动驾驶(ATO)速度控制器的设计及性能问题,以列车运行过程中的安全性、舒适性、控制输入为约束条件,提出用最优预见算法设计控制器。该算法以列车动力学为基础,确定列车模型传递函数,进行极点配置之后使控制系统稳定;以列车模型为该算法的控制对象,将列车运行过程中的线路附加阻力和基本阻力作为干扰,实现列车ATO模式下目标速度的自动跟踪控制。选取京津城际北京南站至武清站间线路数据进行仿真验证,仿真结果表明该算法在降低列车运行能耗、提高旅客舒适性与列车运行准点率方面的有效性。     

基于UML和CPN的列控系统等级转换建模与分析

针对列控系统的安全性和实时性要求,基于CTCS-3级列控系统需求规范中等级转换场景建立C2级向C3级转换的UML(统一建模语言)模型和有色Petri网(CPN)模型,分析了影响列车安全运行和行车效率的因素,即转换时长和转换成功率,验证了该建模方法的有效性。验证结果表明,UML和CPN模型相结合的方法适合于列控系统需求规范的验证。搭建的等级转换模型能够满足系统实时性要求。在保证切换成功率的前提下,列车运行速度与切换时间成反比,速度越高,切换时间越短;列车速度越高,对系统实时性要求也越高。     

CTCS-2级列控区间仿真子系统的设计与实现

中国列车运行控制系统(Chinese Train Control System,CTCS)是以分级方式满足不同线路运输需求,保证列车安全运行的控制系统,现场的列控系统处于全天候的工作状态,很难满足新职人员对设备操作演示和实践学习的功能需求。针对此问题,提出了一种通过软硬件结合方式实现CTCS-2级列控系统仿真的方案,并选取CTCS-2级列控系统仿真方案中的区间仿真子系统为研究对象,在对其进行详细系统功能分析的基础上,进行系统结构模块划分,提出了对区间仿真子系统的软件设计方案,并利用Microsoft Visual Studio 2005的MFC进行软件开发实现。     

面向安全评估的高速铁路CTCS-2列控系统安全性测试环境

高速铁路CTCS-2列控系统是典型的安全苛求系统。根据安全苛求系统的特点,针对高速铁路CTCS-2列控系统的安全性测试和评估需求,设计了场景—事件驱动的测试脚本语言SED_TSL,提出了高速铁路CTCS-2列控系统测试环境的功能、系统框架、测试策略,实现了基于SED_TSL的CTCS-2列控系统自动化测试环境,并投入到铁道部的CTCS-2列控系统产品制式检测中,有效地实现了列控系统产品的功能与安全性测试。     

CTCS-1级列控系统等级转换场景建模与验证

随着CTCS-1级列控系统关键技术研究工作的开展,必然要面临装载CTCS-1级车载设备的列车跨线运营至CTCS-0级线路的问题,而系统等级转换的顺利进行是实现列车安全跨线运营的基础。通过系统功能分析,建立了系统多分辨率功能模型,以识别等级转换场景需求;根据场景需求,结合现行系统规范,完善了CTCS-1级系统等级转换场景的方案;采用基于UML的NuSMV建模与验证方法,建立了等级转换场景的UML模型和NuSMV模型,并验证了场景模型的活性、确定性等属性,从而证明了完善后的场景方案满足场景需求,且符合系统规范。文中对CTCS-1级系统等级转换场景的探讨可为相关规范的修订提供支持。     

基于CPN的等级转换场景建模分析

针对正常情况下CTCS-2级列控系统和CTCS-3级列控系统之间的等级转换,探讨了一种基于有色Petri网模型的系统建模方法。模型中引入非周期消息模型,模拟在GSM-R网络中RBC（无线闭塞中心,Radio Block Centre）与车载设备之间消息的传送过程,并建立基于有色Petri网的等级转换控车场景模型,讨论在不同消息重发时间间隔、不同列车速度对等级转换场景完成成功率的影响。验证了该建模方法的有效性,说明了影响等级转换成功率的因素。     

Optimal control of rail transportation associated automatic train operation based on fuzzy control algorithm and PID algorithm

Rail transportation develops rapidly in recent years, which has made great contribution to the solution of urban traffic jam and promoted the coordinated development of urban economy and environment. Automatic train operation (ATO) system can transform artificial train work into automatic train work. Therefore, the optimal control of ATO system is of great significance to the improvement of operation efficiency of rail transportation and the reduction of labor strength of train drivers. The regulation of train speed is the key of ATO system operation, and PID control algorithm is a common control algorithm. Train automatic drive can be realized through repeatedly debugging parameters through a large amount of experiments using the traditional PID control algorithm; however, it wastes time and energy and is complicated to operate. This study made optimal control on rail transportation associated ATO using fuzzy control algorithm in combination with PID control algorithm to make up for deficiencies, with the intention of achieving the control on the train start and speed, direction adjustment and accurate control of train parking and cruising.     

基于模糊PID 软切换控制的列车自动驾驶系统调速制动

基于对列车自动驾驶(ATO)系统算法的分析,首先针对ATO系统停车阶段采取的一级调速制动过程,利用模糊PID软切换控制算法对ATO系统进行研究;然后利用模糊规则实现模糊控制与PID控制之间的切换;最后通过对系统的仿真表明,该算法不仅能够实现ATO系统调速控制的平滑过渡,而且使列车能够平稳运行,节约能源,同时提高了乘坐的舒适性和停车精度.     

重载列车多智能体模型的鲁棒一致性控制方法

重载列车全长数公里,其运行过程是复杂的动力学系统.重载列车自动驾驶的关键核心技术是跟踪给定的速度曲线.以重载列车智能货车方案为基础,通过分析列车运行动力学过程,建立重载列车多智能体模型;考虑列车运行时外界的未知干扰,同时保证车厢间处于安全距离,提出一种重载列车复合一致性控制器:用相邻车厢单元的速度等信息构建一致性算法并引入滑模控制加快系统速度一致性收敛;列车不同车厢受到干扰视为未知扰动,且随着滑模增益增加会使系统抖动较大、鲁棒性削弱,所以设计观测器估计扰动并补偿至控制器保证系统收敛并提高抗干扰性;引入人工势函数确保相邻车厢单元间距处于安全范围内,减小纵向冲动.采用Matlab软件进行仿真,跟踪给定速度曲线,并用多种干扰来模拟未知因素对列车的影响,与不加观测器的控制器效果进行对比.仿真结果表明:该复合一致性控制器能够较好跟踪设定速度曲线,速度误差保持在±0.4 km/h以内,且车厢间距处于设定的安全范围内;与不加观测器的控制器在同样干扰下作对比,所提出的控制器的速度跟踪误差仍然在±4 km/h以内,且对于未知干扰有较好的鲁棒性.     

基于遗传算法和粒子群优化的列车自动驾驶速度曲线优化方法

针对列车自动驾驶(ATO)过程中的精准停车、准时性、舒适性以及能耗问题,提出一种基于遗传算法与粒子群优化(GAPSO)算法结合的ATO速度曲线优化方法.首先,建立列车ATO运行多目标优化模型,将列车过分相区断电惰行纳入控制策略,并对运行控制策略进行分析;其次,对粒子群优化(PSO)算法进行改进,采用非线性动态惯性权重和...     

基于预测控制的列车精确停车算法

精确停车是评价列车自动驾驶性能的关键指标之一。在分析列车停车阶段运行情况的基础上,考虑制动模型的延迟特性和列车运行特性的约束条件,运用广义预测控制理论,将列车运行的参考速度和参考距离作为控制目标,结合控制量所需满足的约束条件,设计了一种带约束的多目标预测控制器,以提高停车精度和列车运行的舒适性。通过仿真实例表明,该控制器不仅可以使列车精确跟踪停车目标曲线,达到高精度的停车要求,而且使列车运行具有更高的舒适性。     

基于CPN的切换模式下行车许可生成过程研究

文中针对高铁列控行车许可存在的规范化设计问题,根据CTCS-3级列控系统RBC行车许可的生成机制,设计了一种基于Petri网理论的行车许可生成的模型,并运用CPN-Tools仿真工具动态仿真了CTCS-3级列控系统下的RBC切换模式的行车许可生成过程,观察相邻RBC交接时列车运行过程中的通信机制及信息传输,最后通过分析模型的一些性能验证了该模型的正确性。为行车许可模块的设计提供一种规范的正确的软件设计方法,减少软件开发过程中存在的一些缺陷,使列车运行更安全更可靠。