电气化铁路移频自动闭塞信号传输仿真的研究及应用

电气化铁路移频自动闭塞信号传输的仿真系统通过模拟轨道电路、牵引电流及其谐波干扰、邻线干扰、轨道电路故障等来检测移频自动闭塞系统的可靠性、安全性。本文采用面向对象的技术和仿真技术对该子系统进行了研究。文中详细地阐述了传输信道的仿真模型、传输仿真系统的结构设计和仿真算法,并举出一个仿真实例,实例的结果数据验证了模型的正确性和算法的合理性。此外,本文还提出建立可编辑的模型库的设计思想,使仿真系统具有良好的扩展性和维护性。     

基于CAN总线的列控中心子系统的仿真测试平台

在轨道电路系统的研发测试中,利用计算机仿真技术模拟高速铁路列控中心子系统,实现与轨道电路子系统之间的安全通信,不仅可以降低ZPW-2000A轨道电路实体设备试验的高昂费用,缩短试验时间,而且可以测试部分子设备的功能、性能和可靠性,提高开发效率。本文分析了高速铁路列控中心与轨道电路子系统之间的通信功能,继而实现设计算法,在实验室环境下模拟CTCS-3级高速铁路列控中心TCC与ZPW-2000A轨道电路之间的安全通信,开发了基于CAN总线双滤波模式的列控中心轨道电路子系统的仿真测试平台。     

基于矢量匹配法的扼流变压器的宽频建模

引入矢量匹配法拟合得到扼流变压器的宏模型,并基于序列二次规划法对宏模型进行无源性优化,从而避免仿真不收敛的问题。为了验证扼流变压器模型的正确性,在实验室建立轨道电路的模拟系统,将幅值为100 V的脉冲信号源作用于系统,测量调整状态和分路状态两种状态下系统关键位置的电压波形。基于扼流变压器的宽频模型,利用Simulink建立轨道电路系统的模型,将仿真计算结果和实测的波形进行对比,波形一致,脉宽、幅值的差值均在5%以内,验证了该建模方法的可行性与正确性。     

基于Simulink的ZPW-2000型多段轨道电路仿真设计

ZPW-2000型移频轨道电路是铁路信号系统的重要基础设备.为分析轨道电路区段间相互关系和调谐区故障对两侧区段的影响,根据ZPW-2000型移频轨道电路的数学模型,采用Simulink仿真工具设计轨道电路各模块的仿真模型,根据该种轨道电路的构成原理和多段轨道电路间的衔接关系,构建ZPW-2000型多段轨道电路仿真模型....     

不对称高压脉冲轨道电路的计算机仿真模型研究

不对称高压脉冲轨道电路是为解决分路不良而兴起的一种新型轨道电路,其信号形式为周期性的高压脉冲,为建立准确的脉冲信号仿真模型,提出一种基于矢量匹配法的宽频建模方法。首先分别利用扫频法和有限元分析法获得变压器和钢轨两个关键设备的频变参数,然后利用矢量匹配拟合和电路综合理论得到对应的电路模型,并分别验证设备模型的正确性,最后搭建系统仿真模型并与现场实测数据进行对比,表明基于矢量匹配法所建立的宽频模型可以用于脉冲轨道电路的仿真计算和应用分析,文末利用此仿真模型分析道床电阻、补偿电容等现场环境的变化对轨道电路传输特性的影响。     

基于PNN的轨道电路补偿电容故障检测研究

为及时有效地诊断轨道电路补偿电容故障,通过研究ZPW-2000轨道电路短路电流数据,提出了一种基于概率神经网络的故障诊断方法。首先,仿真机车短路电流信号并提取特征参数;然后,引入概率神经网络建立故障诊断模型;最后,通过对特征参数分析,实现故障判定。仿真结果表明:该方法相比误差反向传播算法BP,具有诊断速度快、预测准确率高的优点,具有可行性与有效性。     

25Hz相敏轨道电路的计算和仿真

以25 Hz相敏轨道电路为例,运用均匀传输线理论分析轨道电路的传输通道,并建立轨道电路系统各传输环节的四端网模型,通过Matlab软件平台对轨道电路进行计算和仿真。     

基于Mamdani模糊神经网络的相敏轨道电路故障诊断方法研究

针对25 Hz相敏轨道电路故障的不确定性与模糊性,提出一种基于Mamdani模糊神经网络的轨道电路故障智能诊断改进方法。采用自适应-动量BP学习调整法对模型参数进行训练优化,给出推导过程,并讨论系统参数初始值的设定。仿真实验表明,在相同实验条件下改进方法降低了训练误差,并有效地提高了诊断学习过程的稳定性与收敛速度,对25 Hz轨道电路故障进行智能模糊诊断是可行的。     

基于Blackman窗四谱线插值FFT的轨道电路信号分析

为了更好地对具有移频特征的轨道电路信号进行高精度解析，在分析轨道电路信号特点基础上，提出一种基于Blackman窗四谱线插值算法模型，采用模拟仿真的方式，对ZPW-2000A轨道电路信号载频、调制频率及幅值等特征量进行了解析研究。结果表明：该算法模型可显著降低常规频谱分析中频谱泄漏及栅栏效应的影响，大幅提高轨道电路信号载频、调制频率以及幅值的解析精准度，其中载频误差控制在0.006 Hz，解析结果显著优于常规快速傅里叶变换处理结果，具有一定的工程应用价值。     

铁路无人区非集中区段断轨检测系统研究

格库铁路青海段大部分处于偏远无人区，且区间无轨道电路，为检测断轨与减轻维护压力，设计了基于轨道电路原理的实时断轨检测系统。利用远距离无线电(Long Range Radio, LoRa)设计链式通信系统来传输报文，并进行理论指标验证；又在均匀传输线基础上得到轨道电路功率估计算式；随后，搭建信号发送系统，在室内利用模拟钢轨盘验证了使用功率估计区分断轨的可行性；最后，结合室内实验和链式通信系统搭建样机，现场测试验证了轨道电路功率估计算式的准确性。实验表明：利用轨道电路功率估计可有效、准确地完成断轨检测，室内和室外功率计算最小误差分别达1.06%和5.2%。相较于传统钢轨探伤方式，更适合在无人区非集中区段部署。     

基于调整表优化的轨道电路牵引电流干扰防护研究

我国铁路的电气化、高速化和重载化使得电力机车的牵引电流越来越大,并且由于牵引电流和轨道电路的信号电流共用钢轨作为传输路径,导致牵引电流对铁路信号系统中的轨道电路产生的干扰越来越严重。根据传输线四端网理论,建立机车运动过程中无绝缘轨道电路受牵引电流干扰的动态仿真模型,通过与现场实测数据进行对比,验证了仿真模型的有效性,并在此基础上提出基于调整表优化的抗干扰方案。该方案已应用于朔黄铁路沧州西站"红光带"故障区段,成功解决了该区段的"闪红"故障。     

计算轨道电路的有限元准对角线矩阵法

基于轨道电路链型电路等效模型提出了一种新的轨道电路计算方法－有限元准对角线矩阵法，给出了其计算公式。采用该计算方法对城市轨道交通数字编码式音频轨道电路进行了仿真计算，分析了一些影响接收电压的因素。     

功出侧并入补偿电感对ZPW-2000A轨道电路传输性能提升分析

发送器是ZPW-2000A轨道电路系统的关键单元,如何降低功耗从而延长其使用寿命是该领域研究人员普遍关注的问题之一。利用在发送端功出侧并联电感的方法优化发送器负载阻抗特性,并在搭建轨道电路传输模型的基础上,采用轨道电路传输计算仿真的方法,探索并分析并联电感值对轨道电路输入端电气参数的影响规律。结果表明,并联电感对轨道电路发送端电气参数影响显著。通过优化并联电感值可使发送器视在功率最大降低37.8%左右,有望提高ZPW-2000A发送器使用寿命。该研究可在目前ZPW-2000A轨道电路中推广使用,具有实际工程应用价值。     

基于最小二乘支持向量机的轨道电路故障诊断方法

为提高轨道电路故障处理效率和正确率,对轨道电路的多故障诊断方法进行研究。建立基于最小二乘支持向量机的轨道电路故障诊断模型,用某轨道电路实测数据进行训练和测试,选择基于BP神经网络的故障诊断方法进行对比。结果表明:基于最小二乘支持向量机的轨道电路故障诊断方法能有效实现轨道电路5种故障的诊断,且具有更快的运算速度。与BP神经网络故障诊断方法比较,故障诊断正确率提高了17.14%,运算时间减少2/3。     

配置BES型扼流适配变压器的道岔区段轨道电路调整表仿真计算

针对单开道岔区段1送2受型轨道电路电气特性,根据均匀传输线方程与四端网络理论建立典型25 Hz相敏轨道电路仿真计算模型;计算带BE型扼流变压器时轨道电路调整和分路状态下发送电压和电流,结果验证了该模型的正确性和有效性。将模型中的扼流变压器四端网络替换为BES型扼流适配变压器四端网络,从而将该模型拓展应用到带BES的轨道电路区段。根据实测数据计算BES型扼流适配变压器四端网络系数,再采用拓展的仿真模型,计算得到带扼流适配器轨道电路在1送2受区段的调整表。通过计算和分析该轨道电路区段的分路灵敏度和电压余量比可知,二者均满足轨道电路正常工作要求,道岔岔尖是1送2受型轨道电路区段中最易导致分路不良的机械环节。采用该拓展模型仿真计算还可得到轨道电路区段在不同道砟电阻情况的调整表。该模型也可拓展应用于三开、复式交分等道岔区段以及ZPW-2000A型等其他制式轨道电路调整表的计算。     

基于遗传算法的无绝缘轨道电路故障综合诊断方法

基于传输线理论提出机车信号感应电压幅值包络仿真模型,利用机车信号感应电压与轨道电路信号电流的线性映射关系,分析补偿电容故障对机车信号感应电压幅值包络的影响规律,给出基于遗传算法的轨道电路故障综合诊断方法。以补偿电容和道砟电阻为决策变量,以实际的和仿真的机车信号感应电压幅值包络间差值的最小化为目标,构造适应度函数,通过对种群个体进行选择、交叉和变异等遗传操作,得到当前状态下各决策变量的最优值,从而实现轨道电路故障的综合诊断。实验表明,将遗传算法引入到轨道电路的故障诊断领域,利用机车信号的实际记录数据,能够对无绝缘轨道电路中多个补偿电容故障以及道砟电阻波动等情况作出正确的综合评判,从而弥补了目前检测方法的不足,为轨道电路的故障诊断提供了新的有效手段。     

基于CEEMD的无绝缘轨道电路调谐区故障特征提取

针对无绝缘轨道电路调谐区故障特征难以提取的问题,提出基于补充总体平均经验模态分解(CEEMD)的调谐区故障特征提取方法。采用四端网理论和传输线理论构建无绝缘轨道电路模型,仿真分析调谐区不同故障对轨道电路表面电压的影响;利用经验模态分解(EMD)、总体经验模态分解(EEMD)及CEEMD分别对电压信号进行分解,再提取故障特征向量。仿真结果表明:CEEMD方法抑制了EMD和EEMD引起的模态混叠和残留噪声现象,提高了运算效率,能够有效提取无绝缘轨道电路调谐区故障特征。     

基于电磁场模型的轨道电路钢轨阻抗研究

轨道电路能够传递列车行车许可、检查轨道占用,有效地保证了列车安全高效的运行.轨道电路的钢轨阻抗决定了轨道电路的传输性能,研究钢轨阻抗变化具有重要意义.本文提出一种基于电磁场模型的钢轨阻抗研究方法.首先分析轨道电路中钢轨阻抗的分布原理,确定钢轨阻抗的计算方法;然后建立模型,计算比较有砟轨道和无砟轨道钢轨阻抗在不同环境和频率下的变化;最后仿真验证无砟轨道钢轨阻抗优化方法的正确性.结果表明电磁场模型可以很好的模拟轨道电路,分析不同环境下钢轨阻抗的变化规律,验证了加高距离和绝缘方法对于优化无砟轨道钢轨阻抗的正确性.     

基于深度学习的无绝缘轨道电路故障诊断研究

针对无绝缘轨道电路故障的复杂性及随机性,提出一种基于深度学习的故障诊断方法。根据无绝缘轨道电路的结构,选取12个电压电流监测量作为故障数据特征集。运用深度信念网络的无监督学习对故障数据进行训练,得到最优参数值并提取出故障数据高层的分布式特征。选择BPNN作为分类器,以无监督学习输出的参数作为BPNN的初始值,完成反向调优,实现轨道电路的15种故障分类。利用ZPW-2000A无绝缘轨道电路数据对模型进行了多次实验分析,仿真结果表明,该模型的分类准确度可达95.34%,验证了此方法的有效性。     

考虑高频损耗的ZPW-2000A轨道电路暂态响应分析

针对ZPW-2000A轨道电路高频损耗下暂态响应采用现有方法存在的计算难度大、耗时长的问题，提出在复频域内轨道电路接收端轨面电压的求解方法。首先，基于传输线理论，建立轨道电路传输线模型；其次，利用该模型及节点导纳法，得到节点导纳时域方程并对其进行拉普拉斯变换，考虑高频损耗后将复频域方程变换解耦，求得轨道电路接收端轨面电压复频域解；最后，采用傅里叶变换及Q-D算法，得到轨面电压时域解。在对求解方法进行验证的基础上，分析高频损耗、频率、分路电阻、调谐区状态和道床电阻等因素对轨道电路暂态响应的影响。结果表明：与时域有限差分法对比，求解方法的误差在8%以内，且计算耗时短；考虑高频损耗的轨道电路接收端轨面电压小于未考虑高频损耗；轨面电压降随分路电阻的增大而减小，而随道床电阻的增大而增大。求解方法可以准确、高效地分析高频损耗下ZPW-2000A轨道电路暂态响应，可为轨道电路的暂态响应分析提供理论参考。