基于列控车载设备制动曲线的高速列车牵引计算平台

为了检算铁路客运专线闭塞分区长度与列控系统的符合性,设计基于列控车载设备制动曲线的高速列车牵引计算平台。采用HTML,CSS,JavaScript,Vue.js,Node.js和Koa等Web技术进行开发,使用MySQL作为后端数据库,构建B/S架构应用平台,包括基础数据处理、列车运行仿真、列车追踪间隔时间计算、闭塞分区检算和统计分析5个功能模块。其中,列车运行仿真模块为牵引计算平台的核心,由线路信息、列车动力学模型、列控车载设备制动曲线算法和速度控制组成;列控车载设备制动曲线算法具备列车超速防护功能,根据移动授权和列车速度距离信息生成允许速度和制动指令,实现列车运行仿真的闭环处理。选取京沪高速铁路列控工程数据和CRH3A型动车组参数进行列车牵引计算,得到高速铁路列车追踪间隔时间,验证闭塞分区设计长度满足列控车载设备制动距离要求。结果表明:该平台可用于闭塞分区长度符合性检算,从而验证闭塞分区设计与列控系统的匹配性。     

基于改进灰色预测模糊PID控制的列车多目标优化研究

针对列车自动驾驶(ATO)系统各性能指标最优问题,充分考虑灰色预测控制、模糊控制与PID控制各自的优点,提出一种改进灰色预测模糊PID控制算法。以准时性、舒适性、精准停车及能耗为指标,列车动力学方程为约束,构建列车运行多目标模型;然后采用遗传算法优化该模型,根据MATLAB软件得到列车运行目标曲线;最后利用Simulink模块搭建PID控制器仿真模型、模糊PID控制器仿真模型和改进灰色预测模糊PID控制器仿真模型,获得其对应的跟踪曲线。选用车型和线路仿真模拟,仿真结果表明:改进灰色预测模糊PID控制算法比PID控制算法和模糊PID控制算法在提高列车运行的准时性、舒适性、停车精确性以及降低能耗方面更有效。     

基于XGBoost模型的地铁列车运行状态仿真方法

基于物理模型及列车性能参数的地铁列车运行状态仿真方法存在着列车适配性差、参数调整成本高等问题.为了给ATC(列车自动控制)系统的研究提供更为准确、高效的模拟试验平台,提出一种基于XGBoost(极端梯度提升)算法的列车运行状态仿真模型构建方法.该方法可从实际运行数据中学习列车的控制与运行特性,可针对不同的线路环境、不同...     

CTCS-3级列控仿真系统的三维站场模拟平台设计与VR实现

为提高列控仿真系统的研发和教培效果,设计了一种三维站场模拟平台,采用虚拟现实(VR)技术,以低硬件设备成本,再现真实场景,并提供高沉浸感。三维站场模拟平台接收CTCS-3级列控仿真系统发送的站场和车载设备数据,以三维和VR方式还原真实线路环境中列车运行调度的实时场景,并可以进行列车驾驶相关操作。同时,该平台软件提供线路编辑工具,可实现任意站场和区间线路的扩展和升级,对于列控系统的研发和教培具有重要意义。     

基于MSTS的ATO系统功能模块仿真研究

基于MSTS微软火车模拟器开发的开源软件OR的研究基础,结合ATC系统结构框架,对列车运行三维视景系统仿真平台进行了研究,设计出基于MSTS的ATO系统功能模块仿真。运用.Net平台中的Socket网络通信技术建立的ATO系统功能模块仿真,实现了远程控制OR列车客户端运行的功能,整合后的控制模式为ATO系统的扩展性功能提供了通信接口和自动运行的控制基础,提高了列车运行三维仿真系统整体的真实性。对后期完善整个系统仿真平台具有重要的意义,达到了预期的设计目标和效果。     

基于灰色预测模糊PID控制的列车ATO系统优化

对列车目标运行曲线的精确追踪是列车自动驾驶系统实现列车安全、准时、节能及舒适运行的核心。针对列车运行过程的大滞后、非线性问题,设计以灰色预测模糊PID算法为核心的列车自动驾驶控制器,以此达到优化列车ATO控制系统的目的。灰色预测控制设置在反馈回路中,其预测值与给定输入值的偏差及偏差变化率作为模糊控制器的输入。模糊控制系统对PID控制的参数进行自动校正,参数可调的PID算法完成对系统的控制。选取相关线路和车型并做仿真试验,验证了经控制器作用后的输出曲线与列车运行的输入曲线之间的追随误差小,加速度的变化在合理的范围内。因此,设计的控制器可以取得良好的ATO控制效果。     

列车运行计划仿真模型研究

为借助计算机虚拟技术模拟列车运行计划的实施过程,建立仿真模型描述列车运行环境、状态及规则,用以列车运行仿真平台的开发。以改进Petri网为工具,结合铁路运输组织特点,定义个性托肯表示列车,定义颜色集库所描述路网环境及列车运行信息,定义多种变迁实现列车空间位置的变换及运行信息的传递,定义全局时钟递增变量驱动系统运行;基于部件组合思想和同时考虑线路可双向运行和列车运行过程中随机扰动建立的列车运行仿真模型,可根据需要模拟的列车运行计划及关联路网的数据,快速生成与列车运行环境和列车运行规则对应的仿真框架,在根据相关数据对各静态参数进行初始化后,可按设置的区域范围及时段要求模拟列车运行计划。仿真实例表明,模型直观且易于编程实现,仿真结果基本符合客观实际。     

列控中心系统设备为高铁安全运营"保驾护航"

按照国际惯例，当列车运行时速大于160公里时，必须装备列车运行控制系统（简称列控系统）。由通号集团北京全路通信信号研究设计院及通号集团合资企业卡斯柯信号有限公司作为主要单位完成的车站列控中心系统，根据调度命令、进路状态、线路参数等生成进路及临时限速等控车信息，控制应答器将信息传给列车，控制列车安全运行。     

中高速列车共线运行的仿真研究

以京沪高速为背景,对中高速列车共线运行仿真问题进行探讨。分别建立单列车运行模型和多列车共线运行模型。单列车运行模型全面考虑了列车物理特性、线路条件、列车受力情况以及运行控制过程。多列车模型在上述基础上,附加了共线运行不同速度列车间的相互影响,对列车间距控制和避让进行了重点考虑,研究多列车共线运行时的列车间距控制策略和避让策略。用VisualC 6 0进行了中高速列车共线运行的软件实现。仿真计算结果表明,该软件能较好模拟多列车共线运行情况,可作为列车调度系统中负责列车运行模拟的子系统。     

高速铁路行车调度指挥一体化仿真实验平台设计与研究

研究高速铁路行车调度指挥仿真验证与人员培训实验平台设计。依据管控一体化思想,在分析高速铁路行车特点的基础上,设计高速铁路行车调度指挥一体化仿真实验平台的结构和功能。该平台可实现列车运行计划编制—列车运行计划调整—半实物沙盘列车实时运行仿真全过程的科研验证和实践教学模拟操作的相关功能,并将铁路行车仿真技术领域直接延伸到列控层,能够满足半实物仿真环境下,高速铁路行车调度新理论的实践验证和调度员及学生业务培训需求。     

基于AdmiTest的CTCS-3级列控系统自动测试平台

根据CTCS-3级列控系统的特点,结合欧洲列车运行控制系统(ETCS)测试经验,研发基于通用测试平台AdmiTest的CTCS-3级列控系统自动测试平台CARSTool.CARSTool采用激励—反馈机制实现单系统或多系统的闭环测试,包含测试对象、仿真系统、链路、消息、激励、响应和测试序列等基本元素,具有线路工程数据配置、通信链路配置、站场线路配置、PI Object、仿真系统、列车运行仿真和自动测试序列7个功能模块.以郑西客运专线列控数据为例,采用CARSTool对CTCS-3级列控系统进行仿真测试.测试结果表明:通过规范化语法严格卡控测试步骤,根据CTCS-3级列控系统测试案例库以及激励—反馈信息判断测试项目的执行状态,CARSTool实现了测试计划、执行过程和测试结果的闭环处理;说明CARSTool能够实现CTCS-3级列控系统的自动测试.     

列控数据完备性建模方法研究

列控数据作为列车运行控制的基础,是列控系统的中枢神经,其完备性直接关系到列车运行安全.列控数据完备性能够保证列车安全控制数据的完整性、正确性、有序性、实时性、有序性和兼容性.本文以CTCS-3级列控系统和CTCS-2级列控系统之间的等级转换以及典型的设备故障导致降级场景为例,利用随机Petri网建立列控数据完备性模型,重点研究了列控数据完备性的完整性、实时性和兼容性方面的问题,最后提出了用模型完成的成功率以及系统平均延时时间分析列控数据完备性的方法.     

基于自适应滑模控制的城际列车精确停车方法研究

停车精度是衡量列车自动驾驶控制性能的重要指标。针对城际轨道列车精确停车的需求，分析列车自动停车过程、列车动力学模型以及制动模型，在此基础上提出采用自适应滑模控制器来提高停车精度和列车运行舒适性；应用滑模控制原理设计列车停车控制算法，并对滑模控制中的趋近律增益进行自适应调节，以提高系统响应速度及改善稳态精度。仿真结果表明，基于自适应滑模控制的停车算法表现出良好的鲁棒性和自适应性，该控制器使列车能够精确地跟踪停车目标曲线，并改善列车的停车精度和运行舒适性。     

基于自适应模糊滑模的列车精确停车制动控制算法

针对高速列车自动驾驶系统精确进站停车问题,基于列车动力学模型和列车制动系统模型,设计1种自适应模糊滑模控制器,通过模糊切换以补偿列车运行过程中受到的基本阻力、线路附加阻力以及外部未知随机扰动等非线性扰动的影响。根据滑模控制理论,利用列车运行过程中的状态偏差,设计基于跟踪误差的等效控制器,以求解列车制动等效控制量;考虑外部扰动,基于优秀司机驾驶经验的模糊推理规则,设计切换控制器,以得到精确控制量。采用本文控制算法对列车制动过程进行仿真验证,并与传统的PID控制和基于指数趋近律的滑模控制进行对比。结果表明:在考虑附加阻力和外部扰动情况下,自适应模糊滑模控制器能够柔化非线性切换控制信号,削弱滑模控制固有的抖振现象,实现对参考轨迹的精确跟踪,并最终实现精确停车;即使在列车制动系统实际控制输出出现偏差时,设计的控制器仍能控制列车精确跟踪参考制动曲线。     

列控设备三维建模及动态展现技术研究

针对中国列车控制系统(Chinese Train Control System,CTCS)集成测试平台提出了三维建模与展现系统的技术方案。使用该方案构建的三维仿真系统可以根据特定的线路自动地配置和生成沿线的轨道和信号设备,营造出逼真的列车运行环境,并可以接受集成测试平台的仿真运行系统的控制,通过接收速度、公里标和前方应答器组的链接信息等实现列车在三维虚拟场景中的运行。     

基于混合系统模型预测控制的列车自动驾驶策略

本文研究多优化目标和多约束条件下的动车组列车自动驾驶ATO控制问题。通过分段线性化列车运行阻力,引入列车运行状态整数变量,建立了动车组混合整数列车运行模型。提出基于混合系统模型预测控制HMPC的列车自动驾驶策略,并应用输入分块化技术和显式模型预测控制,降低算法的计算量,以提高硬件实现的可行性。前者通过固定一定时间段内的控制量,对输入序列进行分块化,降低控制器的自由度;后者通过离线设计和在线综合的方法减少算法的在线计算时间。最后利用Matlab仿真软件环境下的MPT 3.0扩展工具箱对所提控制策略进行数值仿真。结果表明:该控制器能在列车运行安全约束下,合理分配动车组各车厢的牵引力和制动力,保障列车准时及节能高效地运行,同时所提出的改进算法能有效降低计算量。     

列车节能控制的优化分析

为研究列车节能控制问题，采用带有非线性约束的微分方程描述列车运行过程，用牵引力积分形式描述节能优化目标，并将最大值原理应用于模型求解。在确保安全运行、满足线路限速约束、机车性能约束和运行时间约束的条件下，充分利用线路坡道，以能量消耗最小为控制目标，得到列车优化控制的策略。针对由于模型奇异性而使控制策略还不能确定出列车所有工况转换点的问题，结合列车操纵经验给出列车节能控制算法。在列车运行仿真平台上验证了优化控制方法与算法的正确性。     

通用列车运行模拟软件研究

通过建立列车运行过程模型,以及对工况转换点求解过程的分析,开发了一套可用于不同机车、不同线路、不同运行参数的列车运行模拟软件。列车运行模拟系统主要包含基础数据、列车运行仿真计算和输出等子系统。其中列车运行仿真计算子系统是整个系统实现的关键。列车运行仿真计算子系统包括线路编辑、机车车辆编组、牵引计算与运行仿真等模块。介绍了列车运行仿真计算子系统的计算流程,三个模块的主要功能和数据流程。列车运行模拟可为机车车辆的改进、线路建设或编制列车开行方案等提供依据。     

基于事件的控制技术在地铁列车运行中的应用

研究移动闭塞条件下地铁列车的运行规律,建立地铁列车运行模型,将基于事件的控制技术应用到地铁列车控制中。引入运动参考变量,求出在以站间最小运行时间为目标的单列列车控制中,列车运行速度、加速度关于列车走行距离的表达式,根据列车走行距离实时调整规划列车的运行。研究移动闭塞条件下地铁列车间的控制,采用基于事件的控制技术和编队思想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3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。仿真结果表明,运用基于事件的控制技术来控制列车的运行,可提高列车的正点率到95%。     

CBTC系统列车识别与追踪技术研究

列车识别与追踪是列车运行监控的基础。本文就CBTC系统列车识别与追踪技术,通过ATS仿真平台中实际站场图例,对列车识别与追踪实现过程中需要的线路基础数据和车次号追踪的实现方法进行探讨。应用Visual C++6.0平台根据实际线路进行仿真验证。