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.     

基于钩缓约束的重载列车驾驶过程优化

重载列车是一种由上百甚至几百节车厢组成的动力集中式大载重系统, 其牵引力/制动力需通过车钩相继传递给车厢, 存在明显的非线性和大滞后性. 现有的人工驾驶模式, 司机难以考虑车厢之间的钩缓约束, 易引起车钩断裂和脱轨; 且运行性能与司机的操纵经验密切相关, 存在耗电大, 无法按照列车运行图正点运行等问题. 本文针对此关键问题, 以实现重载列车安全、正点、节能运行为目标, 开展其驾驶过程运行优化研究. 分析列车钩缓系统受力原理, 基于其特性曲线, 采用翟方法构造重载列车钩缓模型及整车纵向动力学模型; 据此, 考虑钩缓约束运用多目标自适应遗传算法, 结合实际运行线路(限速、坡道、曲线率等)约束条件设定列车理想的运行速度目标曲线; 最后, 采用改进广义预测控制器设计重载列车驾驶过程优化控制方法, 跟踪理想速度目标曲线安全、正点、低能耗运行. 基于大秦线上HXD1型重载列车实际数据的仿真结果表明本文所设计的理想目标速度曲线优化方法可以较好地改善列车运行中的安全, 正点和节能等关键性指标, 运行优化控制能保证列车精确跟踪理想速度目标曲线, 实现其驾驶过程优化运行.     

基于5G无线通信技术的城市轨道交通信息传输系统设计

目前提出的城市轨道交通信息传输系统运行稳定性较差,导致丢包率过高;基于5G无线通信技术设计一种新的城市轨道交通信息传输系统,利用列车自动监控系统、区域控制系统、车载控制系统、联锁控制系统、数据库存储系统和数据通信子系统等构建系统框架;设计硬件的监控子系统、控制器、5G无线数据通信子系统,保障城市轨道交通的信息传输及即时通信;选用Socket将应用程序分为客户端和服务器,在服务器收到客户端连接请求后,向客户端返回响应消息,实现软件通信功能,同时设计了通信信号损耗分析程序;为验证系统效果设定对比实验,结果表明,基于5G无线通信技术的城市轨道交通信息传输系统能够有效保证传输过程稳定性,降低通信过程丢包率,具有较好的传输安全性。     

浅谈C64型万吨组合列车平稳操纵注意事项及建议

本文以神朔线SS4型电力机车牵引C64型万吨组合重载列车为研究对象,针对神朔线的线路特点对机车操纵进行研究分析,总结机车乘务员在操纵SS4型电力机车牵引C64型万吨组合列车时的注意事项,并提出建议,提高机车乘务员万吨组合列车操纵水平,降低万吨组合列车在运行中的纵向冲动,保障列车的安全平稳运行。     

基于收敛粒子群算法的重载铁路列车运行调整方法

针对施工天窗对重载铁路行车安全限速和行车安全产生的不良影响,提出了基于收敛粒子群算法的重载铁路列车运行调整方法。首先,在分析列车追踪间隔影响因素的基础上,推导出不同编组类型重载列车之间的追踪间隔计算公式,实现了重载列车追踪间隔计算。然后,考虑施工天窗后的限速要求,以重载列车总晚点时间为优化目标,以列车区间最少运行时分、追踪间隔时分、列车停站时分、天窗时间段内禁止行车、天窗后安全限速等为约束条件,建立了施工条件下重载铁路列车运行调整模型,刻画了考虑安全限速的重载列车运行调整问题。通过优化列车到站、离站以及通过车站时刻,实现重载列车运行调整。进而,针对模型特点,在经典粒子群算法中引入收敛因子,设计了收敛粒子群算法对模型进行求解。最后,以朔黄铁路运输生产数据为基础,对建立的重载铁路运行调整模型进行实例化处理,验证了模型和算法。实验结果表明,对于求解重载铁路运行调整问题,设计的收敛粒子群算法比经典粒子群算法在计算效率上提升了5.45%,而求解精度保持不变。该方法可压缩重载列车追踪间隔,提高重载铁路运输效率,保证行车安全,提高基于安全限速的列车运行调整效率,为施工条件下重载铁路列车运行调整工作提...     

基于Paxos的列车自主线路资源管理系统设计

线路资源管理子系统是轨道交通列车控制系统的重要部分.近年来轨道交通运营压力增大,传统的计算机联锁设备已无法满足高速高密度运行下的线路资源管理需求.随着理论、技术的发展成熟,将原本地面设备功能分散到车载设备,通过车车、车地协同控车是下一代列控系统的发展趋势.基于车车通信的列车自主运行系统(TACS系统),是目前全球轨道交...     

基于人机交互的重载机械臂控制方法

针对目前重载机械臂控制系统存在的人机交互性不足问题及重载带来的刚柔耦合问题,设计了一种基于动力学模型的人机交互闭环力!/!位控制算法,并依据该算法设计了7自由度重载机械臂控制系统.首先分析了国内外重载机械臂的工作特点和存在的问题,提出基于力!/!视觉反馈的人机交互方式来增强系统的人机交互性;然后为抑制刚柔耦合带来的控制问题,建立了重载机械臂刚柔耦合动力学模型,提出基于人机交互的重载机械臂力!/!位闭环控制算法.最后搭建重载机械臂控制系统,搭建的控制系统包括人机交互子系统、环境感知子系统、驱动子系统、信息处理子系统及通信子系统.在此基础上,进行重载机械臂控制系统作业试验.试验结果表明,该控制系统能够完成人机交互作业功能,相对于传统重载机械臂作业手段,有效提高了作业效率70%,保障了作业人员安全,验证了所提出控制系统的人机友好性、可行性和实用性.     

重载机车纵向动力学仿真模型研究

在重载机车设计和试验过程中,列车运行的安全性和稳定性是重载列车牵引控制系统研发的重要目标.为满足设计研发人员对重载列车牵引控制软件研发的需要,同时有效减少研发时间和成本,本文从列车纵向动力学出发,在Matlab/Simulink平台上建立重载机车纵向动力学离线仿真模型.为了验证本文所建立的重载机车动力学仿真模型的可行性,在不同工况下对列车进行仿真分析.仿真结果表明列车在不同工况下都能够平稳地牵引和制动,满足列车运行的安全性和稳定性,为重载机车实际线路试验或运行提供参考.     

基于运行时分控制的重载列车推荐曲线计算

在保证运输安全的前提下,优化重载列车的运行时间控制,减少实际运行时间与计划时间的偏差,可以提高重载列车的运行效率。针对这一情况,提出基于运行时分控制的重载列车推荐曲线计算,使得重载列车的站间运行时间与合理的计划时间偏差小于5%。在建立重载列车力学模型的前提下,通过折半迭代法周期计算重载列车运行的推荐曲线,控制站间的运行时分,满足运行时间在合理的计划时间的偏差范围之内。仿真结果表明,采用运行时分控制算法控制的运行时间,与合理的计划时间的误差小于5%。     

基于多质点模型的重载列车平稳操纵仿真研究

随着重载列车长度和重量的增加,列车内部纵向冲击也越来越大.为了保障重载列车自动驾驶的平稳性和安全性,文章对不同工况下重载列车的动力学性能展开了研究.首先建立了多质点重载列车纵向动力学模型,并将其在起车工况和通常运行工况下所计算的结果与列车真实运行数据进行对比,结果显示二者数据吻合度较好.接着对"3+0"牵引108辆编组...     

基于CAN总线的列车无线同步控制系统设计

铁路运输是国民经济的大动脉,为了实现多机牵引,提高列车的货运能力,采用无线通信技术和CAN控制器局域网络技术设计了一套针对SS3B型电力机车的多机牵引无线同步控制系统.试验表明,系统样机运行稳定,实现了多台电力机车的无线重联同步控制目标,为实现国产化万吨级重载技术做了铺垫性研究.     

基于TCN的高速列车网络门控子系统设计

目前普通列车门控子系统功能简单,无法满足CRH3(China Railway High-speed3)型高速列车门控子系统状态多、逻辑复杂、安全性要求高等复杂的需求。从我国高速列车的应用现状出发,建立了基于高速列车网络控制系统TCN(Train Communication Network)的半实物仿真平台框架。同时,通过分析门控子系统各种门控状态关系,各控制单元之间的通信及逻辑运算需求以及车门安全操作、状态监控、故障诊断的需要,给出了相对应的硬件和软件设计。通过在半实物仿真平台上对列车进行系统测试,结果表明:该子系统达到了预期目标,可融入到半实物仿真平台中,实现模拟列车真实运行环境下的门控功能,为列车网络控制系统的深入研究和全面测试提供了条件。     

非线性离散奇异摄动系统的组合优化控制方法的合理性分析

分析一类非线性离散奇异摄动系统的降阶组合优化控制器的合理性, 即降阶组合控制器与原始高阶优化控制器之间的关系. 基于快、慢子系统的解耦, 分别对快、慢子系统设计子优化控制器, 并进一步提出作用于原高阶系统的组合优化控制器. 对原高阶系统设计传统高阶优化控制器, 提出组合优化控制器近似等于传统高阶优化控制器的充分条件. 最后通过仿真验证了所得到结论的正确性.

     

车载信息存储和在线更新设计

设计一种新型列车监控装置的车载信息管理方法。利用在线可编程的NOR FLASH保存车载信息,以可移动海量存储设备为中介,通过双冗余CAN通信网络,使显示器和控制器具有同步在线更新及管理列车运行基础数据的功能。测试结果表明,该方法能提高列车监控装置运行的可靠性及列车数据管理的安全性。     

人体运动实时捕捉设备USB通信系统设计与应用

分析了人体运动实时捕捉设备USB通信子系统的各部分功能,并介绍了该子系统设计的具体方法。该设备在实际运行采集人体运动数据时,USB通信子系统实现了实时准确的数据传输。     

多导弹分布式协同制导与反步滑模控制方法

针对多弹三维协同攻击机动目标的要求, 提出一种基于网络同步原理的协同制导方法. 该算法给出了导弹3 个方向的速度, 并基于运动学关系转化为总速度、弹道倾角和弹道偏角指令. 基于反步法将控制器设计过程转化为3 步, 分别为速度及弹道角子系统、气动角子系统和角速率子系统设计, 各子系统采用滑模控制. 控制器设计中采用扩展状态观测器对气动参数摄动和外部扰动进行估计, 并在控制器中进行补偿. 仿真结果验证了控制器的跟踪特性及导弹的协同攻击效果.

     

交流-直流机车混编重载组合列车互联互通系统设计

为了实现重载列车中交、直流机车的混编互联,文章提出一种基于图形化语言的分布式组合列车互联互通系统,其克服了交、直流机车在动力性能匹配上存在差异的困难,解决了交、直流机车不同牵引特性、不同控制指令、不同状态显示3大互联互通难题,实现了交流机车和直流机车编组同步操纵功能.此方法已被应用于朔黄铁路1.6万t重载组合列车,静态...     

基于CAN总线的列车无线同步控制数据采集系统

目前,国内使用的列车无线同步控制系统多为美国GE公司的Locotrol系统,但其应用条件与我国的重载线路有着巨大的差异;基于此种现状,对符合我国实际应用要求的列车无线同步控制系统进行了研究;介绍了为实现列车无线同步控制系统,主控机车控制指令数据采集、状态量数据采集以及各采集模块节点使用CAN总线与无线通信上位机进行通信的原理,给出了系统软件和硬件的设计方案;实际应用结果表明,该系统数据采集精确,通信速率高,运行稳定可靠。     

轨道车辆多功能车辆总线通信控制器及其配套产品化测试、实时监控装置的设计实现

介绍一种具有完全自主知识产权的多功能车辆总线通信控制器的设计实现,以及相应配套监控、监测设备的研发和测试.采用可编程硬件与ARM嵌入式处理器进行软硬件协同处理,并在整个设计过程中引入了面向可靠性设计方法,使用国内外最新软硬件测试和验证技术保证软硬件设计质量,保障设备能够长期有效运行.同时,由于采用了模块化设计路线,提出的多功能车辆总线通信控制器实际上包含一组完整的功能模块,能够通过合理组合实现轨道车辆上从简单的从设备到网关等各级通信设备,并且完成实时监控和产品测试等各种衍生功能,保证相应产品能够形成完成序列,顺利实现产业化.该多功能车辆总线通信控制器已经通过IEC61375标准一致性测试,并在实际地铁载客运行中实现两万公里无故障运行,即将实现批量装备.     

基于嵌入式的ATP车载子系统设计

借鉴城市轨道交通中ATP的设计思想,结合先进的通信手段,提出了一种基于嵌入式的辅助列车防护车载子系统的设计方案。该方案采用ARM DSP的硬件结构,并结合GPS、GSM-R、CAN总线等通信手段来实现列车的超速防护,从而为改善高速铁路的安全运营提供了有力的保障。