形式化方法在列车运行控制系统中的应用

为了确保列车运行控制系统设计和开发的正确性, 比较了仿真、测试和形式化3种能够验证系统设计正确性的方式。根据列车运行控制系统对安全的苛求性, 提出了4个与系统安全相关的重要特性, 即实时性、混成性、分布(并发)性、反应性, 并分析了与这些特性相关的具体形式化方法。通过对每种形式化方法的数学基础和应用范围的分析和归类, 给出了各种方法的优势和不足。分析结果表明: 任何形式化方法的应用都具有一定的局限性, 这是由模型检验和定理证明的本质所决定的; 指出了新方法提出、既有方法拓展以及多方法集成将是列车运行控制系统的形式化领域的方向。     

基于形式化方法的平交道口控制系统安全设计

铁路平交道口控制系统是一种典型的安全苛求系统,为提高铁路平交道口的安全性,提出一个能适应双线双向接车的自动控制系统.首先,分析现有铁路平交道口的作业流程,利用新的控制系统解决现有系统中常见的三个问题,即出清检查、制动距离限制、连续接车中防护门短时间开放问题;其次,基于Event-B语言以及精化策略对设计的自动控制系统建立形式化模型;最后,检查证明义务以验证需求属性是否被满足,并应用动画器Animation展示系统功能的正确性.结果显示：相比传统的道口管理系统,本文提出的自动控制系统增加了双线连续接车功能,且使用形式化建模和验证,避免系统设计中存在的二义性,对平交道口安全管理有一定的参考意义.     

实时操作系统及其在列车运行控制系统中的应用分析

介绍了嵌入式系统的现状和发展，具体阐述了实时操作系统（RTOS）的特点，描述了实时操作系统的最新发展以及它的应用前景，并探讨了Nucleus在列车运行控制系统中应用的可行性。     

安全苛求系统的形式化开发方法

从系统工程的角度出发，基于形式化理论，对安全苛求系统的开发方法进行了研究。首先介绍了安全苛求系统的形式化方法，分析了形式化方法对安全苛求系统的作用；提出了一种安全苛求系统的形式化开发模型（FDM），给出了具体的应用实例。     

基于通信的列车运行控制系统（CBTC）

基于通信的列车运行控制系统（Communication Based Train Control,CBTC）是国际上轨道交通信号系统的发展方向,是实现城市轨道交通高速度、高密度和小编组的最终解决方案。     

青藏铁路基于GPS和GSM-R的列车运行控制系统分析

ITCS系统是当今较先进的无线列车控制系统之一,已经成功地运用到我国的青藏铁路. 本文分析了ITCS系统功能及车载控制设备的结构;讨论了ITCS系统车载控制单元的可靠性,基于故障树对系统可靠性评估的一般步骤;依照本系统的典型配置和实际工作过程,定义系统的故障模式;并根据故障模式和可靠性预测建立了系统的故障树;在此基础上,根据马尔可夫过程的特性,对与门、或门进行计算推导,实现了整个系统的可靠性定量计算;最后结合项目实施,对故障状态下的应急策略进行了详细分析.     

基于DEA的列车运行安全评价

实现列车运行安全是一个比较复杂的课题,牵涉面广、工作难度大。现阶段,安全现状评价的方法主要有层次分析法、安全检查表法和事故树分析法。但是它们在评价安全现状时都存在不同的缺陷,因此,文中提出采用DEA进行列车运行安全评价,并通过实例分析证明,该方法实用简单,能够为铁路管理部门在制定制度或进行职工培训时提供参考。     

基于通信的列车运行控制系统的创新点

1）建立了全生命周期的高安全、高可靠移动闭塞系统的理论及技术体系,自主研发了成套列车运行控制系统装备。     

CTCS-3级列控系统车地交互流程形式化建模与验证

正在建设的时速300 km/h以上的高速铁路已采用CTCS-3级列车运行控制系统.车地信息交互流程是影响CTCS-3级列控系统的效率、可靠性和安全性的主要因素之一.基于时间自动机理论对车地交互流程进行建模与验证具有重要意义.首先将车地交互流程分为4个典型的子流程：任务启动流程、正常行车流程、RBC切换流程和任务结束流程,然后针对这些子流程建立无线闭塞中心（RBC）、车载设备（ATP）和铁路专用移动通信网（GSM-R）的时间自动机网络模型,最后利用时间自动机模型验证工具UPPAAL进行仿真分析,验证了CTCS-3级列控系统的车地交互流程的安全性和受限活性.     

高速列车运行速度作用于线路运能的规律

应用准移动闭塞系统和移动闭塞系统数学模型计算了总车距、列车间隔时间和线路运能, 选取制动加速度分别为-0.63、-0.75、-0.85、-0.90m·s^-2进行了仿真试验, 分析了高速列车运行速度作用于线路运能的规律。分析结果表明: 安全车距与列车减速停车时的初始速度呈正比关系, 列车间隔时间和线路运能与安全车距、列车运行速度和初始参数取值密切相关; 列车间隔时间存在极小值, 线路运能存在极大值; 制动加速度越小, 列车间隔时间越小, 线路运能越大; 列车间隔时间可以控制在3min以内, 线路每天运能可以达到1 000列以上; 准移动闭塞系统的列车间隔时间大于移动闭塞系统, 线路运能低于移动闭塞系统; 考虑工程应用的可行性使得准移动闭塞系统与移动闭塞系统的线路运能差距进一步扩大。     

列车上水自动控制系统设计

针对列车上水自动控制系统中电磁阀关断的阀值（水箱水满判据）确定问题,基于组态软件开发设计了一个自动控制系统.系统的工作分为手动训练阶段和自动控制阶段,在手动训练阶段,电磁阀的开断由人工手动控制,系统自动记录当时的水压数据,经过一定时间的训练,系统可进入自动控制阶段.此系统可采集不同复杂环境下关电磁阀时的水压数据,在理论数据的基础上,利用实验数据来优化水箱水满判据,使上水电磁阀自动关断具有较强的适应性.     

高速列车动力系统选型设计方法研究

针对现行高速列车动力系统选型设计工作量大、过程繁琐、效率低等现状,把基于实例和规则推理的技术应用到动力系统的选型设计中.根据动力系统高压、牵引、制动模块的特点,研究了动力系统产品的结构模型,并设计了详细的选型设计流程,通过实例推理得到相似度高的实例,再根据规则推理得到准确的选型结果.在此基础上,开发了高速列车动力系统选型设计软件,以牵引电机选型设计为例,验证了该方法的有效性和可行性.     

列车运行调整辅助决策系统设计

列车运行调整辅助决策系统，是铁路行车调度指挥自动化系统的关键环节，通过对该系统工作流程及各主要组成部分的分析设计，建立列车运行调整的混合0-1线性规划模型，针对传统处理方法的不足，提出并利用有限状态机制控制处理过程，为该系统提供可行的方案，此方案不仅符合结构化系统设计的基本思想，容易编制出相应的软件，而且有较强的实用性。     

摆式列车倾摆控制系统

阐述了摆式列车倾摆控制系统各组成部分：检测子系统、控制系统、通信子系统以及倾摆作动子系统的功能及原理,并给出了车体倾摆控制算法,最后给出了对各子系统的试验研究结果,基本满足了倾摆控制系统的要求。     

客运列车耐冲击吸能车体设计方法

为了减轻客运列车碰撞事故造成的损失, 实现被动安全保护, 对组成列车的动车、客车车体结构提出了新的设计方法, 重新分配车体各部分刚度, 设计出具有合适吸能结构的耐冲击车体, 车体结构均按前、中、后三种纵向刚度设置, 前后两部分为可以产生塑性变形的弱刚度吸能结构, 中间部分为仅产生弹性变形的强刚度弹变结构。当列车在正常运行时, 车体有足够的强度和刚度, 需要满足有关规范规定的强度、刚度要求; 在较高速下发生碰撞事故时, 吸能结构能够沿所需方向产生塑性大变形吸收足够冲击动能, 保证机器间和乘客区不发生破坏, 并延缓碰撞作用时间, 降低碰撞瞬间最大减速度, 使撞击减速度在人体承受范围内。     

考虑列车追踪的自动驾驶控制算法

为了研究追踪列车安全、平稳的操纵策略,在分析列车间相互纵向动力学关系的基础上,提出了列车追踪模型. 列车在不同情况下控制目标有所不同:单独运行模式下以最优速度模式曲线运行,追踪运行模式下保证安全追踪间隔运行.为了实现不同的控制目标,采用模型预测控制的分层结构,结合二次型优化算法实现最优列车速度控制.以CRH2型列车、武广线为例验证该模型的有效性. 仿真结果表明,本文方法可使追踪列车安全性得到有效提高,且当使加速度控制在-0.75~0.5 m/s2之间,加加速度控制在-0.5~0.5 m/s3之间时,乘车舒适性得到了有效的保障.      

混合动力列车电源系统控制策略

为了实现混合动力列车的计算仿真,建立混合电源系统模型,并提出一种混合电源系统控制策略.在此基础上,通过对混合电源系统与列车纵向动力学系统的耦合分析,给出了基于该电源系统控制策略的列车运行目标速度曲线计算算法.利用MATLAB/Simulink对系统建模,对列车在某线路上的运行过程进行了仿真.仿真结果表明,系统控制策略能够满足列车的运行性能,列车自动控制(ATC)系统能够精确的控制列车跟踪计算的目标速度曲线运行,混合电源回收了41%的再生制动能量, 控制策略和目标速度曲线计算算法达到了设计目标.      

高速铁路弓网系统振动主动控制研究

以变刚度时变系统的弓网模型为研究对象，采用最优控制策略，对弓网间接触力振动进行主动控制，仿真结果表明，控制效果较好。     

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车站列控中心是中国列车控制系统(CTCS)的地面设备之一，是铁路运行速度提高到200km/h的关键控制设备。本文在介绍CTCS结构和车站列控中心与其它关键信号设备连接的基础上，以TYLK-Ⅰ型车站列控中心系统为例，对其系统结构、主要功能及关键技术进行了分析和实现。车站列控中心根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息，通过有源应答器及轨道电路传送给列车。多次测试表明，TYLK-1型车站列控中心完全能够满足在既有线提速到200km/h的条件下对列车实行安全控制的需求。     

基于DSP的摆式列车测控系统研制

摆式列车是专门为曲线过多的线路设计的新型列车, 在运行中需要实时地检测线路和列车状态参数并对它们进行实时处理, 同时基于高可靠性考虑, 其测控系统对处理速度和运算精度要求非常高。介绍了以通用数字信号处理器(Digital Signal Processors, 简称DSP) 为核心, 实时对摆式列车进行测量与控制的测控系统。