高速列车动模型速度测试系统

介绍一种利用反射式光纤光电传感器和MCS-51单片机精确测量高速列车动模型实验速度的测速装置.详细叙述从传感器输入的信号处理以及用8031单片机的两个定时器对高速列车动模型实验速度进行精确测量的软硬件方法;在实际应用中是可行的.另外,从理论上对影响测量精度的因素和测量的结果进行了分析.     

地铁列车制动系统速度信号模拟的研究

速度信号是地铁列车制动系统的一个关键信号,对速度信号进行模拟是实现地铁列车制动实训系统和制动测试系统的基础工作。根据地铁列车架控式制动系统中速度传感器输出信号的要求,提出并实现一个实时可控的速度传感器输出信号模拟方案;利用STC15系列单片机输出高速脉冲电压信号,再将电压信号转换为电流信号,输出7 mA~14 mA脉冲电流信号,作为模拟地铁列车行驶过程中速度传感器的输出信号。仿真结果表明:该方案满足地铁列车速度传感器输出信号的模拟要求,有助于提高地铁列车制动测试系统和制动实训系统的可操作性。     

CTCS-3级列控车载设备高速适应性关键技术

从CTCS-3级列控系统工程建设角度出发,对包括基于多路速度传感器数据融合的测速测距策略、列车制动模型及CTCS-3/CTCS-2级动态转换机制等CTCS-3级列控车载设备高速适应性关键技术进行研究。根据不同类型测速传感器的特点,采用车轮速度传感器与雷达相结合的方式实现列车速度的安全测量,并运用联合卡尔曼滤波理论提出基于多路传感器数据融合的测速测距算法策略。结合列车移动体的控制特点,在国际铁路联盟UIC 544—1标准的基础上,提出1种改进的分段式减速度计算的列车制动模型,可兼顾行车安全和效率。针对列车运营模式的兼容性与可靠性,采用兼容CTCS-3级和CTCS-2级的双模冗余设计,使CTCS-3级列控车载设备同时具有CTCS-3级控车功能和CTCS-2级控车功能,并通过输入信息共享和等级转换时信息交换等技术手段,实现CTCS-3/CTCS-2级之间的平滑动态转换。研究成果已在武广高速铁路上实施,满足了列车高速安全运行的要求,并提高了等级转换时的列车运行效率和旅客舒适度。     

具有输入时滞特性的列车自适应制动控制

为了提高高速列车的制动控制精度,保障列车的安全平稳运行,针对具有不确定性参数和已知输入时滞的高速列车制动系统,设计高速列车制动系统模型参考自适应制动控制策略。在保证闭环系统所有信号有界的前提下,实现对给定速度曲线的渐近跟踪,从而确保高速列车能够安全可靠运行。通过分析高速列车制动时的动态过程,基于动力学原理建立具有延时环节的高速列车制动系统状态空间模型,采用状态预测的方法对模型中的输入延时进行相应变换。利用模型参考自适应控制的方法善于处理系统不确定性的能力,设计基于状态反馈状态跟踪的直接模型参考自适应控制器,实现列车对给定速度曲线的渐近跟踪。以CRH380AL型高速列车制动系统为被控对象,采集列车从济南—青岛段实际制动过程中的速度数据进行仿真实验。仿真结果表明,所设计的高速列车自适应制动控制器实现了对给定速度曲线的渐近跟踪控制,且跟踪精度较高,验证了该方案的有效性。采用的模型参考自适应控制算法不仅解决了系统参数不确定性和输入时滞问题,而且优化了高速列车的制动性能,改善了列车的瞬态性能,使列车运行时更加平稳,达到了系统的控制目标。     

地震烈度对高速列车行车安全性影响分析

为研究地震烈度对高速列车行车安全性的影响,以某型动车组为研究对象,建立地震环境下高速列车系统动力学模型。采用金井清功率谱密度函数来模拟地震动,求解出不同地震烈度下的金井清谱参数,将地震激励以位移的形式输入到模型中。以速度为250km/h的高速列车为例,从脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力这3个动力学性能指标对不同地震烈度下的高速列车进行动力学分析。分析结果表明,地震烈度大小对高速列车行车安全性有着重要影响,地震烈度在Ⅵ度及以下时,对该型高速列车行车安全性影响很小,可忽略不计,当超过Ⅵ度时,该型高速列车各动力学指标均超过限制值,对该型高速列车行车安全构成很大威胁。     

地震环境下高速列车最大安全运行速度分析

为研究地震环境对高速列车运行速度的影响,以某型动车组为研究对象,建立高速列车动力学模型。采用"金井清-田治见宏模型"对地震地面运动进行模拟,将模型中的地震动功率谱转换成位移功率谱,并求解出地震动的传递函数,将地震激励通过传递函数以位移的形式输入高速列车动力学模型中。以地震烈度7度为例,从脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等动力学性能指标对不同速度等级下的高速列车进行动力学分析,并得到一个高速列车最大安全运行速度的参考值。分析结果表明,在地震动作用下,高速列车运行速度的大小对其动力学性能有着不可忽视的影响,并且通过对比不同速度等级下高速列车的动力学性能指标,得出在地震烈度为7度时高速列车最大安全运行速度为50 km/h,对列车在突发地震时运行速度的调整具有一定的参考价值。     

WSN在高速列车运营环境监测中的应用框架研究

无线传感器网络(WSN)在高速列车运营环境监测中的应用尚处于起步阶段,介绍无线传感器网络在高速列车运营环境监测的应用,从统筹规划的角度构建应用框架以及不同场景的应用模型。通过研究基于无线传感器网络的高速列车运营环境监测理论与应用现状,分析列车运营环境监测的需求,搭建基于无线传感器网络的高速列车运营环境监测系统总体框架,并分别建立地面、车载、车地以及车站无线传感器网络架构。提出研究基于无线传感器网络的高速铁路运营环境监测系统关键问题,为进一步研究无线传感器网络在高速列车运营环境监测中的应用起到指导性的作用。     

列车交会空气压力波研究及应用

列车交会空气压力波是高速轨道交通特有的空气动力学问题,它对高速轨道运输行车安全、旅客舒适度均产生重大影响。讨论了列车交会空气压力波数值计算方法、动模型及在线实车试验技术,论述了非对称滑移网格技术。根据对我国提速,200km/h速度等级及其以上高速列车进行计算、试验和理论分析,建立了列车交会压力波与运行速度、复线间距、车体宽度、附面层、外形以及编组方式等之间的关系,讨论了列车交会行车安全评估方法,提出了我国既有线上各种列车车体和车窗结构承受瞬态交会压力冲击安全运行极限值。     

基于多质点模型的高速列车速度控制研究

在对高速列车速度控制的研究中,传统的单质点列车模型因未考虑车长及车间影响力,导致列车在经过特殊线路时速度会跳变,造成较大的速度控制误差。针对上述问题,在列车建模时考虑列车长度以及对每节车厢的受力进行深入地分析,在此基础上建立高速列车的多质点模型,并对其设计相应的模糊预测控制器进行列车速度跟踪控制研究。研究结果表明:对列车建立的多质点模型,能有效地解决列车在经过变坡点和变曲率点时产生的速度跳变问题,减小速度控制误差,且针对该列车模型设计的模糊预测控制器能很好的控制列车跟踪理想速度曲线运行,提高列车速度控制精度和舒适度。     

一种基于钢轨枕的中低速磁浮列车组合测速定位方法

中低速磁浮列车因其特性,无法使用轮轴式传感器测量车轮运动状态,也无法像高速磁浮测速那样通过检测轨面上分布规律的参照物来计算列车的速度与位置。提出了一种基于中低速磁浮钢轨枕的高精度测速定位方法,使用加速度计和涡流传感器检测列车运动状态,再与雷达的信息进行比较判断,共同计算出列车的速度和位置。通过在长沙中低速磁浮线路上的试验测试,证实这种测速方法的精确度和实时性能够满足需求。     

车载列车自动防护系统对空转及滑行的检测与校正方法研究

动车组列车运行过程中出现空转、滑行情况时,不影响车载ATP(列车自动防护系统)的正常工作是ATP的技术要求之一.通过分析动车组列车发生空转、滑行的机理,采用轮轴速度传感器与雷达速度传感器相结合的测速模型来检测列车是否发生空转、滑行,并通过列车牵引计算对列车速度、走行距离进行校正.由于本模型以雷达速度传感器来辅助轮轴速度...     

基于BFGS方法的列车速度预测控制研究

列车速度控制是轨道交通发展领域的重要基础问题。面向真实列车速度控制应用场景的列车动力学模型及其控制器设计更具挑战性。一方面,传统基于反馈的无模型控制策略存在收敛速度慢、参数要求高、环境变化敏感等问题,目前难以从优化角度设计控制器且应对复杂系统的约束。另一方面,传统的列车单质点动力学模型很难解决高速列车运行过程中的非线性特性。针对上述瓶颈,首先对列车各节车厢进行受力分析,且考虑车厢间的安全距离,将相对位置和相对速度作为可变状态构建列车多质点模型。然后采用模型预测控制策略,综合考虑列车速度控制的非线性成本函数,处理列车运行过程中的复杂约束,预测控制系统的未来动态行为。然后,针对列车预测控制中的复杂动态约束非线性优化问题,设计对数障碍函数处理不等式约束,进而从拟牛顿法角度设计一种具有稳定收敛性的基于BFGS方法的列车速度预测控制算法,完成列车速度的精准跟踪控制。最后,以国内某线站间列车运行数据为例,与其他先进控制方法进行对比实验,以验证所提出的BFGS列车速度预测控制算法的优越性能。实验结果表明,本文所设计的基于BFGS方法的列车速度预测控制算法能够有效地减小列车速度跟踪误差和位移误差,提升...     

高速列车空气阻力测量分析方法

为从高速列车阻力中分离出空气阻力和其他阻力,基于空气阻力与列车质量基本无关、其他阻力与列车质量成正比的假设,以及列车满载和空载状态下的惰行工况阻力测量数据,建立列车空气阻力、其他阻力、质量和速度的关联方程组,并对空气阻力项施加过零点且单调递增的约束,从而得到高速列车的空气阻力及其他阻力的计算公式;然后采用速度—加速度拟合和基于时间—速度曲线的列车阻力优化2种方法对CRH3型高速动车组的空气阻力进行分析。研究结果表明:利用空气阻力与列车质量基本无关、其他阻力与列车质量成正比的工程假设,可实现高速列车空气阻力与其他阻力的解耦及耦合分析;CRH3型动车组的空气阻力和其他阻力算式中均包含了与列车速度有关的二次项和一次项,但在空气阻力算式中与列车速度有关的一次项数值很小,可以忽略不计;对高速列车而言,采用列车总阻力的形式较采用列车单位基本阻力的形式更能准确地表达列车阻力的特性。     

基于立体视觉的高速列车动态限界测量技术研究

为解决高速列车动态限界测量的技术难题,提出一种基于立体视觉测量技术的高速列车动态位姿测量方法,构建了测量系统。详细介绍测量系统的基本构成、测量原理、模型建立、参数标定和现场运用方法等,该技术方法速度快,精度高,可满足速度为500km/h的动车组动态限界测量的需要。     

基于自适应联邦滤波的列控车载设备测速测距算法

基于转速传感器技术,提出1种列控车载设备测速测距算法,由自适应参数列车运动模型、空转/滑行时列车速度校正模型和基于联邦滤波的融合算法3部分组成.先建立列车运动模型,利用自适应参数更新列车运动模型和系统状态噪声,估计单个转速传感器所在轮对的速度和加速度;当检测到轮对空转/滑行时,利用设计的速度校正模型计算列车运行速度,并...     

高速列车测速测距系统滤波模型与融合策略研究

高速列车的测速测距系统是保障列车运行安全的关键要素。滤波算法的建模和分析是构建测速测距系统的一个重要前提。通过对列车测速传感器的工作原理以及观测方法进行分析,分别建立了基于卡尔曼滤波的等速模型和等加速模型,并在Matlab中对两种模型的滤波特点进行了仿真分析。同时初步探讨了适用于高速列车的多传感器融合策略。对实验室数据和现场采集数据的分析验证了两种滤波模型的有效性及各自特点。滤波模型的仿真分析与多传感器融合策略的研究为测速测距系统的开发提供了依据。     

基于区域极点配置理论的高速列车速度估计

现行高速列车速度通常通过速度传感器获得,然而速度传感器出现问题会引起列车故障,降低系统的可靠性,采用无速度传感器技术的全阶磁链观测器法,在不增加系统结构复杂性的前提下,根据区域极点配置理论,设计具有一定自由度的观测器增益矩阵,并依据Lyapunov稳定性理论推导出牵引电机转速自适应律,提出高速列车速度估计算法,同时给出速度估计对电机参数变化的敏感性分析,数值仿真验证了所提算法的有效性。仿真结果表明,在电机参数偏差较大的情况下,该算法仍能准确估计出列车的速度,具有较强的鲁棒性。     

基于轮轴和雷达传感器的列车测速测距系统设计与仿真

设计了一种轮轴速度传感器和雷达速度传感器相结合的列车测速测距系统。该系统针对测速轮对空转/滑行造成的轮轴速度传感器测速测距误差问题,建立了空转/滑行检测判断模型和空转/滑行过程中的列车速度和走行距离误差校正模型。在实验室环境下搭建了该测速测距仿真系统,通过仿真试验验证了模型的有效性。该系统提高了列车测速测距的精度和可靠性。     

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。     

基于多传感器的列车空转及滑行检测与校正方法研究

针对轮轴速度传感器的测速定位精度随着轮对的空转/滑行逐渐降低的问题,通过分析定位传感器的误差特性,采用多普勒雷达和加速度计辅助轮轴传感器的多传感器方式构成列车组合定位系统。结合加(减)速度、速度差和滑行率等三种检测方法检测列车是否发生空转/滑行。建立列车的正常状态、空转状态、滑行状态、不可信状态,以及状态之间转换的数学模型,对列车发生空转/滑行之后的速度和走行距离误差进行计算补偿。仿真结果表明,设计的空转/滑行检测与校正模型能够有效检测列车是否发生空转/滑行并对误差进行校正,测速定位精度满足车载ATP(列车自动防护)的精度要求,达到了模型设计的目的。