基于CAN总线的轨道交通列车通信网络仿真研究

通信网络是列车的神经系统.它把所有的控制器和传感器等设备连接起来,实现信息采集和控制.为了研究列车通信网络的安全性和可靠性,分析影响网络性能的原因,同时优化网络参数,利用网络仿真软件OPNET搭建了基于CAN总线的列车通信网络仿真模型,研究了应答错误和误码率对网络负载、吞吐量、节点状态等方面的影响.结合实际列车通信网络结构,通过该仿真模型得到相应的仿真结果,今后可为实际列车的通信网络性能分析提供参考.     

基于T-S模糊模型的高速动车组通信网络实时控制方法

建立包括控制器节点与执行器节点之间的前向通道时延,以及它与传感器节点之间的反馈通道时延的多功能车辆总线网络控制系统,获取的时延数据呈现随机分布的特点;采用自动回归模型和最小均方算法进行前向通道时延的预测;考虑列车关键控制系统的特点,将非线性系统描述为不同稳态工作点附近的多个线性子系统,基于T-S模糊模型建立非线性网络控制系统模型,设计各子系统基于状态空间滚动优化的广义预测控制方法。对采用不同控制方法、不同采样周期和负载率时控制效果进行仿真。结果表明:基于T-S模糊模型的GPC时延控制方法可以精确跟踪不同变化频率的参考信号;与模糊自适应PID方法相比较,该方法能较好地抑制时延对控制性能的影响,具有理想的鲁棒性能和稳定性能,完全可以满足高速动车组运行过程的控制实时性要求。     

基于灾害蔓延理论的拥堵传播建模与仿真

基于灾害蔓延理论建立轨道交通网络拥堵传播模型,揭示拥堵传播的规律,为轨道交通运营提供理论支撑。分析灾害蔓延理论在城市轨道交通网络中的适应性,结合灾害蔓延理论深入分析轨道交通网络中拥堵传播特性、传播过程,基于灾害蔓延动力学模型建立轨道交通网络拥堵传播动力学模型,利用列车满载率定义节点属性。仿真分析拥堵发生站的类型、初始拥堵强度、拥堵传播阈值和自我修复能力对轨道交通拥堵传播的范围、强度的影响。研究结果表明:建立的拥堵传播模型能够反映轨道交通网络拥堵传播的过程,仿真过程揭示拥堵在轨道交通网络中的传播规律,为轨道交通网络拥堵控制、运输组织等提供一定的理论依据。     

数据包丢失对列车控制系统的影响

基于通信的列车控制(CBTC)系统中的车-地通信是利用WLAN技术传输列车的状态和控制命令。列车控制系统的性能取决于通信链路数据传输的准确、实时、可靠,而WLAN技术并不是为城市轨道交通快速运行的环境而设计的,因此,在传输过程中出现传输延时和数据包丢失等情况,导致列车运行性能的下降。把列车控制系统等效为网络控制系统,对于车地通信无线传输过程中,出现随机延时大于其采样周期而导致传输的数据包丢失情形,采用补偿策略估计列车的系统状态并对其进行了分析,提出了改善数据包丢失的列车控制方法。     

CRH2动车组网络仿真平台中的终端装置仿真软件设计

通过分析终端装置设备在CRH2列车网络中的主要功能及终端装置仿真软件在CRH2网络虚拟仿真平台中的功能需求,利用基于Visual C++6.0的MFC技术、ActiveX技术、WinPcap技术实现了终端装置仿真软件设计,模拟了CRH2动车组网络中终端装置向车载设备传递列车控制指令、监测车载设备工作状态、反馈设备运行状态、模拟故障工况的功能。通过模拟列车网络控制系统的数据交换特征,为研究列车网络的数据交换模型及网络性能指标打下基础。     

ARCNET网络系统实时性能分析与研究

列车控制网络在列车控制系统中起着非常重要的作用,其实时性能直接影响到列车的安全可靠运行。对其实时性能进行分析评价可以优化设计列车控制网络的应用层,合理配置网络,优化网络性能,从而保证列车的安全可靠运行。本文介绍ARCNET列车控制网络的数据帧类型,数据通信机制和自动重构过程等,并对ARCNET网络通信延迟时间参数进行分析,建立ARCNET网络数据通信延迟时间模型、分析其网络实时性,并提出改进网络实时性的方法。最后在搭建的网络控制系统中,对实验测试结果和模型计算结果进行比较,验证模型的正确性。并利用分析结果以及建立的通信延迟时间数学模型,计算开发基于ARCNET轻轨列车网络控制系统的轮询周期,为系统应用层设计提供依据。     

列车通信网络安全现状分析及应对方案研究

随着以太网技术在列车网络控制系统中的深入应用，列车通信网络面临的安全挑战日益增加。文章结合列车网络控制系统的业务特点及网络架构，对列车通信网络中存在的各种网络安全隐患和风险进行了分析，同时参考GB/T 22239 《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》和IEC 62443 《工业过程测量、控制和自动化网络与系统信息安全》系列标准中的安全要求，研究了适合列车网络控制系统的网络安全防护方案，为后续列车通信网络安全体系建设提供指导。     

传输时延对CBTC影响的分析及消除

基于通信的列控系统CBTC利用无线通信传递列车状态信息和控制命令,数据传输时延将引发不必要的列车牵引和制动,降低列控系统的性能。本文提出一种适用于CBTC的列控系统和数据通信系统的一体化设计方法,将CBTC的多列车控制系统等效为网络控制系统,建立一体化模型,分析传输时延对列控系统性能的影响。提出消除传输时延对列控系统影响的改进措施,并通过仿真验证该方法的有效性。     

基于ARM的ARCNET网接口设计

ARCNET作为一种现场总线网络,在列车通信中得到了广泛应用。根据我国引进消化、吸收与再创新的总体方针,设计了ARCNET网络接口用于组建环形ARCNET网络。该接口以ARM为核心通过外接ARCNET协议控制器实现基本的硬件设计。通过基于ARM芯片的外围电路及设备驱动与应用软件的设计,实现网络节点的温度采集与温度控制,模拟实现了列车车厢状态以及门控开关的控制,并为组建环形ARCNET网络提供基本的通信节点,对我国的列车控制网络组建有一定的实际意义。     

考虑乘客流影响的列车运行调整难点研究

本文针对基于通信的列车控制(CBTC)系统中列车运行的特点,研究了运行调整中的难点问题-晚点传播,即在前行列车发生初始延误的条件下,引起后行列车或其自身的后效晚点现象.分析了乘客流对列车晚点的影响,在建立列车停站模型时,考虑乘客流的影响,提高该系统的可行性.建立了以列车总晚点时间为优化函数的运行调整模型,最后利用matlab中的遗传算法工具箱对此进行求解,实验结果显示了该模型应用于实际运行调整时的可行性和有效性.     

基于贝叶斯网络的全自动运行系统弹性评估

结合列车全自动运行系统的弹性评估,提供一种基于贝叶斯网络模型的评估方法。根据列车故障前后的 性能变化曲线,总结系统弹性的 4 种能力,探究影响这些能力的相关因素,为影响因素的定量选取合适的评价指 标,作为贝叶斯网络的最底层节点。对指标制定打分表,获取专家的打分结果作为指标层的先验概率输入,同时 选择恰当的隶属度公式作为条件概率的计算方法,获得贝叶斯网络的条件概率表,建立列车全自动运行系统的贝 叶斯网络模型,定量评估系统弹性,同时对目标节点进行敏感度分析,提出提升弹性的改进建议。     

国产化列车网络控制系统安全完整性技术应用

列车网络控制系统作为对列车各关键系统进行监视、控制、故障诊断的核心设备,其自身的故障或误操作将直接导致列车的严重事故,因此,对于列车网络控制系统提出更高的安全要求是十分有必要的.本文描述了安全完整性等级2级的列车网络控制系统架构及其安全性要求,提出了故障监测技术及相关故障控制方法.     

动车组列车安全状态检测网络时延建模

针对动车组列车安全状态检测实时性要求较高的特点,对交换式工业以太网和CAN总线构成的异构网络应用于动车组列车安全状态检测进行了研究。综合分析了交换式工业以太网和CAN总线的周期性报文最大传输时延,建立了安全状态检测网络周期性报文最大传输时延的解析模型。基于该解析模型得出影响网络传输时延的主要因素为CAN节点、Ethernet/CAN网关和车厢级交换机的个数。最后分析了整个网络中周期性报文的最大传输时延随着CAN节点、Ethernet/CAN网关和车厢级交换机个数的变化趋势,并对所建立的解析模型进行了仿真验证。所建立的网络时延模型为定量分析网络实时性提供了理论依据。该建模方法可以推广到其他轨道交通列车中。     

庞巴迪与西门子列车控制系统的应用比较与发展方向

基于现场总线技术的列车控制系统正广泛应用于地铁车辆,逐渐取代了传统的有节点的列车控制系统。本文分析了庞巴迪与西门子列车控制系统在网络拓扑结构、总线管理方式、接入网络的设备以及总线连接插头等方面的差异和优劣,介绍了列车控制系统今后发展的方向。     

针对铁路信息系统的APT恶意流量预警系统研究

为了更准确和高效地检测针对铁路信息系统的高级持续性威胁（APT,Advanced Persistent Threat）攻击,研究并设计了基于堆叠式长短期记忆（LSTM,Long Short-Term Memory）模型的APT恶意流量预警系统。将UNSW-NB15数据集改造为适用于APT恶意流量预警系统中模型训练的数据集;提出利用APT攻击阶段性的特性进行预警结果再计算的方法,引入置信度的概念,从而更准确地判定流量类型。在Kaggle云平台上对APT恶意流量预警系统进行了实验,其准确率、精确率和召回率等指标均优于其他方法。实验结果表明,所设计的系统具有更好的性能表现,能够有效提高APT恶意流量预警的准确率,降低误报率和漏报率。     

基于复杂网络特征的城市轨道交通网络节点遭受攻击模拟分析

城市轨道交通进入网络化运营时期后,车站一旦遭受攻击,会影响整个网络的运营。介绍了能够反映网络复杂度的网络特征参数;以上海轨道交通为例,构建了上海轨道交通站点连通网络图及相应的网络特征参数;建立了网络节点攻击模型;分析了不同攻击策略下网络全局效率和最大连通度的变化情况,以及单节点遭受攻击和多节点遭受攻击下的网络全局效率损失和最大连通度损失的变化情况。车站的节点度越大,其受攻击后对网络的影响就越大,因此需要对节点度大的节点进行重点保护,实施更加全面的管控措施。     

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...     

基于观测器的列车网络控制

列车网络控制是列车安全行驶的保障。提出一种新的基于观测器的列车网络控制方法,同时考虑测量通道和控制通道的网络诱导延时的影响,利用增广状态向量法构建基于观测器的列车网络控制系统模型;在考虑网络诱导延时与其时滞上界关系基础上,构造Lyapunov泛函,导出使扩展闭环系统渐近稳定的时滞相关LMI充分条件;给出求解控制器和观测器增益矩阵的方法.最后,通过数值仿真算例验证了该方法的有效性和可行性。     

列车网络控制系统时延特性研究

针对列车网络控制系统在列车运行中产生的时延问题,通过搭建列车网络控制系统时延测试模拟平台,研究列车通信过程中控制系统的时延特性。根据时延特性分析出TCN网络各子系统的时延影响因素。重点研究任务周期与源端口特征周期对网络控制系统时延的影响。利用TCN网络分析仪测出系统时延,结合所得数据归纳出系统时延的变化规律。通过分析任务周期与特征周期的匹配关系对系统时延的影响,获得减少时延抖动的方法,达到减小网络控制系统时延的目的。     

基于令牌环网络拓扑结构的地铁电动客车网络监控系统

列车网络控制系统目前已经成为城市轨道车辆控制的主要方案之一,该系统将车辆主要电气设备的监控信息通过网络连接的终端融合在一起,便于设备控制、维护和司机操作。本文介绍基于ARCnet网络技术以及令牌环传输协议的网络监控技术,最后介绍地铁电动客车的网络基本构成和节点控制方案。