移动闭塞列车自动防护系统仿真平台研究

研究列车防护系统优化问题,列车自动防护系统应在移动闭塞列控系统中保证行车安全,对列车运行的速度和时间间隔应进行优化控制,提高线路运力。为此提出建立移动闭塞列车自动防护系统仿真平台,实现对移动闭塞列车的运行进行追踪,预测列车下一阶段的运行策略,并对列车的安全追踪间隔进行实时控制。通过建立列车最小安全追踪间隔模型,使仿真平台实现了列车运行安全监控功能。经过对不同条件下列车的运行进行仿真分析,结果表明,仿真平台的防护系统能够保证列车的运行安全。     

基于编队技术的地铁列车运行控制研究

首先分析了移动闭塞条件下地铁列车的运行规律,建立了地铁列车的动力学模型,研究移动闭塞条件下地铁列车车组间的控制,采用基于事件的控制理论和编队技术降低列车间的最小追踪允许间隔,在保证不撞车以及尽量减少站外停车的前提下,提高地铁线路的通过能力,并且能够方便地实现系统的重新配置以及各子系统间的协调协作。以相邻的三列列车运行为例,研究在移动闭塞条件下后续列车的控制策略,根据列车的走行距离以及前后列车间所要求保留的安全距离,动态调整列车的运行速度、加速度。     

随机Petri网理论在GSM-R通信系统中的仿真应用

列车和无线闭塞中心在多数情况下通信处于正常状态,但在实际通信过程中可能出现以下几种引发故障因素：传输数据出错、连接丢失、越区切换、端到端传输延时。应用仿真主要考虑高速列车在移动闭塞区间条件下GSM-R无线通信系统的可靠性,结合随机Petri网理论对GSM-R铁路无线通信系统故障恢复事件进行建模和分析,给出了随机Petri网表示的列车与无线闭塞中心通信的故障恢复模型,并采用TimeNET仿真工具对GSM-R通信系统的可靠性进行分析得出相应结论。     

基于GSM-R铁路无线通信系统的越区切换分析研究

列车和无线闭塞中心在多数情况下通信处于正常状态,但是在实际通信过程中可能出现以下几种引发故障因素:传输数据出错、连接丢失、越区切换、端到端传输延时.主要考虑了高速列车在移动闭塞区间条件下GSM-R无线通信系统的越区切换的可靠性,采用计算机仿真的方法得到GSM-R通信系统在通信故障情况下的越区切换成功概率.结合随机Petri网理论对于铁路无线通信系统GSM-R中的越区切换事件进行了建模和分析,给出了随机Petri网表示的列车与无线闭塞中心通信的越区切换模型,并使用TimeNET仿真工具分析了GSM-R越区切换的可靠性.     

结合眼电和脑电的人机交互系统设计与实现

针对CTCS-4下列车运行的特点,研究了移动闭塞条件下列车追踪运行问题。以多智能体(Multi-Agent)理论为基础,建立了一种移动闭塞条件下的多列车追踪运行多智能体系统(MAS)模型,提出了列车与无线闭塞中心(RBC)之间的MAS交互机制,实现了实时车地通信及多列车追踪运行的安全距离控制。仿真研究了列车追踪运行过程中速度变化关系、不同线路初始化密度对线路交通的影响,得到了相应的定量分析结论。仿真结果表明,该MAS模型能够较好地实现列车控制系统中静态环境与动态环境的复杂系统形式化描述,可以准确地描述CTCS-4列车追踪运行机理,所提方法具有较强的适用性和应用性。     

城市轨道交通列车追踪及折返运行研究

折返间隔是城市轨道交通线路运营能力的重要限制因素,建立精确的仿真模型是研究列车折返间隔的前提.建立了基于移动闭塞的城市轨道交通列车追踪及站前折返模型,利用Matlab编制程序,对城市轨道交通线路列车追踪及折返运行进行仿真.仿真得到的时间-距离图、距离-速度图、时间-速度图及列车实时数据验证了模型的适用性及仿真精度,可以...     

移动闭塞条件下基于双曲列控策略的发车间隔时间计算

列车间隔时间关乎铁路行车安全和效率。对未来铁路移动闭塞系统发车间隔时间的科学计算进行探讨,引入了能够反映经验丰富司机驾车列车优化行为的基于双曲函数的列车行为控制模型;然后,讨论了列车分段运动方程和车站发车作业、进路解锁等环节,以及各种误差因素,并将它们与基于双曲函数的列车行为控制模型有机结合起来,建立了计算移动闭塞条件下车站发车间隔时间的数学模型,给出了两种不同情形的车站发车间隔时间计算方法,数值仿真试验验证了算法的有效性和可行性。对移动闭塞条件下车站发车环节的列车行为控制和行车组织有较大参考价值。     

城市轨道交通系统运行仿真平台的设计与实现

为研究不同客流状况下轨道交通的运行效率和应急方案效率评估,以及突发事件下应急策略的仿真和定量分析,提出了一种城市轨道交通运行仿真平台。该系统从列车运动模型、自动列车控制(ATC)系统结构模型、轨旁设备对象功能模型和移动闭塞系统模型等4个方面对城市轨道交通运行仿真系统进行建模。在此基础上,以VC++作为开发平台,结合计算机网络以及数据库技术,设计并实现了完整的地铁运行仿真平台。在时刻表的驱动下,仿真平台可以实现列车的自动运行。该系统以轨道交通8号线数据进行验证,仿真结果与真实时刻表达一致。     

城市轨道交通系统运行仿真平台的设计与实现

为研究不同客流状况下轨道交通的运行效率和应急方案效率评估,以及突发事件下应急策略的仿真和定量分析,提出了一种城市轨道交通运行仿真平台。该系统从列车运动模型、自动列车控制(ATC)系统结构模型、轨旁设备对象功能模型和移动闭塞系统模型等4个方面对城市轨道交通运行仿真系统进行建模。在此基础上,以VC++作为开发平台,结合计算机网络以及数据库技术,设计并实现了完整的地铁运行仿真平台。在时刻表的驱动下,仿真平台可以实现列车的自动运行。该系统以轨道交通8号线数据进行验证,仿真结果与真实时刻表达一致。     

列车安全距离控制形式化建模与验证

随着我国铁路的迅速发展,对列车运行安全性的要求越来越高。采用Event-B形式化建模方法研究了高速列车安全距离控制形式化验证问题,以Event-B形式化仿真工具Rodin为基础,通过结合多智能体理论,引入感知决策法则,实现了无线闭塞中心(RBC)与列车的车地通信,建立了多列车运行的安全距离控制模型。仿真研究了高速列车最小间隔追踪控制运行,对列车安全距离控车行为进行了形式化建模并进行了POs证明义务验证。仿真结果表明,对于CTCS列车控制系统的复杂逻辑关联行为,采用提出的Event-B和多智能体系统(MAS)结合的形式化验证方法,可进行系统规范的模型验证,对于复杂系统的逻辑验证有较强的实际意义。     

列车安全距离控制形式化建模与验证

随着我国铁路的迅速发展,对列车运行安全性的要求越来越高。采用Event-B形式化建模方法研究了高速列车安全距离控制形式化验证问题,以Event-B形式化仿真工具Rodin为基础,通过结合多智能体理论,引入感知决策法则,实现了无线闭塞中心(RBC)与列车的车地通信,建立了多列车运行的安全距离控制模型。仿真研究了高速列车最小间隔追踪控制运行,对列车安全距离控车行为进行了形式化建模并进行了POs证明义务验证。仿真结果表明,对于CTCS列车控制系统的复杂逻辑关联行为,采用提出的Event-B和多智能体系统(MAS)结合的形式化验证方法,可进行系统规范的模型验证,对于复杂系统的逻辑验证有较强的实际意义。     

横风下高速列车系统动力学的平衡状态法

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学提出了一种快速计算横风下高速列车系统动力学行为的平衡状态方法.首先,忽略轨道不平顺并利用流固耦合联合仿真方法计算横风下高速列车的平衡状态;然后,将平衡状态下的气动力加载到车辆-轨道耦合动力学模型并计算高速列车动力学响应.利用建立的平衡状态方法,研究了列车在速度为13.8 m/s的横风下以350 km/h速度运行时的流固耦合动力学行为.比较了平衡状态方法和联合仿真方法两种方法下列车姿态、安全性和舒适性指标的差异,计算结果差别在3.26%以内.研究结果表明:平衡状态方法计算横风下高速列车流固耦合的效率更高.     

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.     

高速列车速度跟踪神经网络PID控制器的设计

高速列车速度跟踪控制系统是一个复杂的非线性系统,难以取得高精度的跟踪性能。为了减少速度跟踪误差,设计了高速列车神经网络PID控制器。首先建立了描述列车运行过程的单位移多质点模型,该模型考虑了列车的基本阻力和附加阻力以及车厢之间的相互作用力。然后阐述了BP神经网络PID控制,并设计了列车速度跟踪控制器,根据速度误差用神经网络PID控制决定牵引力和制动力。最后与模糊控制和常规PID控制进行了仿真对比,结果表明,神经网络PID控制具有很小的速度跟踪误差和优越的速度跟踪性能,可以满足列车正点运行的需求。     

牵引计算与仿真之经济牵引策略计算

列车运行中采用何种牵引策略对提高列车的运行速度和牵引重量,保证列车的运行安全和尽量节约能耗,以及扩大运输能力、提高运输效益的是非常重要的。介绍了经济牵引策略,分析了基于经济牵引策略的计算机防真计算过程。     

高速列车车厢结构声-振耦合响应数值分析

为研究高速列车运行时结构表面产生的强声压对乘坐环境和结构破坏的影响,针对某型高速列车建立车厢声-振耦合有限元模型,研究车厢的结构模态、室内声场模态及结构-声场耦合系统模态;针对其所处特殊动态环境,计算耦合系统谐响应,考察其振动特点及室内噪声分布情况.计算结果表明,车厢结构低阶模态显示出良好的整体性,在较高频段内以局部模...     

高架桥声屏障高度对高速列车气动特性的影响

针对现代高速铁路建设中大量采用高架桥的现况,为保证列车安全、舒适、环保运行,给高速铁路建设工程提供参考数据,研究行驶在高架桥上的高速列车气动特性.利用FLUENT模拟单线高架桥声屏障高度对高速列车气动特性的影响.将声屏障分为6种不同高度,不考虑横向风且列车运行速度为200 km/h.地面和高架桥均设为移动壁面边界条件,...     

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。     

受电弓混合建模与弓网耦合振动分析

接触网、受电弓、列车行驶工况复杂多变,弓网耦合方程建立不全面,基于受电弓参数的弓网耦合振动分析有待进一步研究。将弓头柔性的理论建模建模与传统受电弓线性模型的实验建模结合,并将气动抬升力和车体振动模拟进弓网的非线性耦合模型。利用Newmark-β法求解响应后,基于受流质量性能判断指标,分析受电弓参数以及改进前后的弓网耦合模型在列车不同行驶速度下对弓网接触力的影响。结果表明:列车低速行驶时,模型改进前后的接触力仿真结果差异很小;列车高速行驶时,两者差异增大,非线性不容忽视。此外,仿真得出M₁,M₂,K₂,C₁是影响接触网系统与受电弓系统合理匹配的关键参数。     

基于仿真与实测的列车远场气动噪声分析

随着高速列车气动噪声诱发的铁路沿线噪声污染问题变得日益明显,需对高速铁路诱发的远场噪声特性进行研究。基于Lighthill声学理论,应用LES大涡模拟和FW-H声学模型对高速列车整车的气动噪声进行数值模拟,实测高速列车以300 km/h运行时的通过噪声,将仿真与实测进行对比分析。高速列车诱发的远场气动噪声是宽频带噪声,能量主要集中在200~1500 Hz的中低频带范围内。实测与仿真的噪声声压级频谱分析具有相似的变化趋势,但声压级数值不同;由于实测噪声数据不仅包括气动噪声,还包括轮轨、集电系统噪声等,所以实测数据普遍大于仿真结果。通过对比分析验证了仿真结果的科学性,为数值模拟方法研究高速列车气动噪声问题提供了科学依据。