赵志远[1]2004年在《磁浮列车ATP系统研究》文中研究指明磁浮列车自动防护系统(ATP)是确保列车行车安全、提高列车运输效率的安全控制系统。如何保证ATP系统本身的可靠性和安全性是它实现控制目标的前提。本文重点对上述问题进行了研究,对ATP双机热备冗余系统从硬件和软件两方面进行了设计,并进行了实验验证,实现了ATP系统的高可靠性和高安全性,满足了ATP系统故障—安全的总体要求。 首先,通过对轮轨列车ATP系统的调查研究,提出了磁浮列车ATP系统应具备的功能和要求,以此为基点,对磁浮列车ATP系统的基本原理进行了深入的研究,把列车受力情况作为重点,对列车牵引力、列车阻力、列车制动力产生的原理进行了分析,并做了相关的计算,在此基础上,对磁浮列车ATP系统模式曲线进行了设计;其次,以容错理论为基础,研究了ATP系统的多种冗余结构,提出了以双机热备冗余结构作为ATP系统的系统结构,给出了磁浮列车ATP计算机容错系统的结构框图。在硬件设计的过程中采用了模块化的方法,把系统分为主机模块、输入/输出模块、通信模块等分别设计,每个模块均为两个,分别作为主机系统和备机系统运行。最后,对磁浮列车ATP容错计算机系统进行了软件设计,以双机热备为重点,定义了双机、单机、双机同步等基本概念,给出了系统软件总体结构框图,并给出了系统设计过程中所做的相关实验。
朱敏洁[2]2008年在《中低速磁浮列车车载运控系统原理样机的设计与实现》文中研究表明我国的磁悬浮技术大部分采用的是常导吸力型技术,磁浮列车的牵引系统位于车上,磁浮列车的运行控制主要由车载运行控制系统完成。中低速磁悬浮列车的运行和控制方式与传统的轮轨不同,并且运行间隔一般要求较短,对运行的安全要求较高。因而,以地面信号作为控制行车速度的主要依据的方式不再适用于磁浮的安全防护。中低速磁浮列车需要一个高可靠的车载运行控制系统,以保证和监督磁浮列车按照一定的运行策略安全、高效的运行,实现列车间隔防护、超速防护等防护功能。国内对于中低速磁浮列车车载运行控制系统的研究仍处于起步阶段,对于车载运行控制的功能与系统结构尚仍然处于探索阶段。因此分析中低速磁浮列车车载运行控制系统的功能需求,研究运行控制系统的总体结构,建立中低速磁浮列车运行的防护模型,对于指导开发能够实用的车载运行控制系统具有重要的理论意义和实用价值。本文所做的主要工作如下:第一,介绍了中低速磁浮列车的运行机理及车载运行控制系统的总体结构,分析了中低速磁浮列车车载运行控制系统的功能需求。通过借鉴高速磁浮和轮轨运行控制系统的安全设计理念,针对中低速磁浮运行控制系统的需求,提出了一种新的中低速磁浮车载运行控制的总体结构,并针对系统的功能,给出了软件总体设计和硬件架构。第二,分析了中低速磁浮速度防护曲线的模式,以及磁浮列车动力学模型,推导出中低速磁浮列车车载控制系统中的紧急制动曲线、最大速度曲线及列车牵引运行曲的计算公式,给出了防护曲线计算的算法流程。第叁,根据中低速磁浮列车运行控制系统功能需求,基于Mega162单片机研制车载运行控制系统的硬件仿真平台。然后基于设计的下位机系统的功能需求,编制了下位机控制软件;针对上位机的功能要求,编制了上位机仿真软件。第四,采用数字仿真与半实物仿真相结合的手段,基于搭建的仿真平台,对样机系统的防护功能进行仿真测试。验证设计的车载运行控制系统样机的速度防护功能。
王旭[3]2007年在《低速磁浮列车运行控制系统关键技术研究》文中指出磁浮列车作为新一代城市轨道交通运输系统,具有安全性高,爬坡能力强,转弯半径小等一些突出的优点。而磁浮列车自动控制系统是使得磁浮列车充分发挥这些优点的基础。列车自动控制系统可使磁浮列车高可靠、高效率、高密度的运行于各个站点之间,使得磁浮轨道交通系统网络中的大部分列车处于最佳运行状态,保证整个运输系统的可靠性、安全性以及流畅性;提高乘坐的舒适性,列车运行的准点率,并使得整个系统能耗最小。所以,磁浮列车自动控制系统是磁浮轨道交通系统不可缺少的组成部分。本文主要针对磁浮列车运行控制系统中的几项关键技术展开研究。对基于交叉感应回线的磁浮列车测速定位系统进行了工程化探索,为基于“数轨枕”技术的磁浮列车测速定位系统增加了自检功能,提高了其可靠性;文中给出了基于交叉感应回线测速定位系统的各种实现电路,并在国防科大磁浮试验线上对此测速系统进行了验证性试验,试验表明此实施方案基本满足磁浮列车测速定位的要求。搭建了磁浮列车自动驾驶系统(ATO)仿真平台,基本完成了其硬件框架的构建和软件模块组成的设计;通过对磁浮列车受力情况的分析,得出了磁浮列车动力学模型;结合正在建设的唐山低速磁浮试验线,绘制出磁浮列车超速防护(ATP)曲线和磁浮列车自动驾驶(ATO)曲线。分析了磁浮列车自动驾驶系统核心算法:经典PID控制算法和自抗扰控制算法,通过比较分析得出后者比前者更能适应磁浮列车自动驾驶系统的控制。文章使用经典PID控制算法和自抗扰控制算法对列车ATO曲线的跟踪进行了仿真研究,得出自抗扰控制算法是适合于磁浮列车自动驾驶系统的一种优良算法。
吴玉生[4]2005年在《磁浮列车自动驾驶（ATO）系统控制算法研究与仿真》文中研究指明磁浮列车自动驾驶(ATO)系统是磁浮交通系统技术研究的关键技术之一,本文以国防科技大学试验线工程化样车和正在进行施工设计的昆明世博线为背景,着重研究了磁浮列车自动驾驶的控制算法,并进行了仿真分析和测速定位系统实验。论文在分析了国内外ATO系统研究现状基础上,给出了磁浮列车运行控制(MATC)系统设计原则,重点分析了MATC的系统结构以及ATO的系统功能。在已有的列车运动模型基础上,采用PID控制算法,设计了列车的速度闭环控制器,结合昆明线线路数据,进行了基于PID控制器的ATO系统仿真分析,发现采用PID控制器控制时,列车运行曲线呈波浪形,当遇到坡道或者外界干扰时速度和加速度曲线会出现尖峰现象。针对上述问题,提出采用预测控制算法设计列车的速度闭环控制器,采用在线滚动优化指标和反馈校正策略,克服受控对象的不确定性、迟滞以及时变等因素的动态影响,从而达到预测的控制目标——参考轨迹输入,并使系统有较好的稳定性和鲁棒性。从仿真结果来看,采用预测控制基本解决了PID控制在实现ATO中出现的问题,得到了较为满意的仿真结果。通过对ATO系统结构的分析,采用以ARM微处理器为核心的ATO系统硬件平台方案。以ARM开发板作为实验平台,对相应的功能接口进行了扩展实验,并对ARM程序的编辑、下载以及调试进行了简单介绍。测速与定位是实现ATO的技术基础,论文针对磁浮列车测速与定位技术研究过程中不同轨枕宽度对测速定位的影响,提出了一种适应不同轨枕宽度的测速定位方法,并将其运用到试验线路当中,效果良好。
张博[5]2005年在《低速磁浮列车电—机械联合制动控制方法研究》文中研究表明磁浮列车是一种新型的交通工具,其制动原理和方法与传统的轮轨列车有很大区别,对制动控制系统也有很高的要求。本文的目的是采用电-机械联合制动方法,在保证列车安全性的前提下,尽量提高列车的舒适性。本文在低速磁浮列车电制动和机械制动系统的基础上,研究了低速磁浮列车的电-机械联合制动控制理论,分析和构建了制动控制系统结构,提出了相应的制动控制方法。首先,本文通过分析低速磁浮列车的动力学模型,研究了低速磁浮列车电制动和机械制动的原理,分析和构建了电-机械联合制动控制系统的结构,提出了制动任务规划器和电-机械联合制动控制器的概念。其次,本文从制动控制系统的基本结构出发,对制动任务规划理论进行了详细的研究和分析,分别提出了在基于安全防护、固定闭塞和移动闭塞叁种不同应用条件下的制动任务规划方法。然后,本文对电-机械联合制动控制理论进行了详细的研究和分析,提出常规制动控制和自适应制动控制两种电-机械联合制动的控制方法。最后,本文对低速磁浮列车的制动控制系统进行了仿真,分析了仿真结果,检验和比较了各种控制方法的效果和特性。本文对低速磁浮列车电-机械联合制动控制进行的研究和提出的控制方法,能有效提高列车的安全性和舒适性,为制动控制系统的硬件和软件设计提供了理论指导,对保障低速磁浮列车的商业运营具有很大的现实意义。
曹壮, 窦峰山, 龙志强[6]2008年在《一种磁浮列车安全型计算机系统的设计与实现》文中认为本文以磁浮列车自动防护系统(ATP)为应用背景,对磁浮列车车载安全型计算机进行了研究。本文根据磁浮列车车载ATP系统对安全性的要求,对双机比较这一模式展开了研究,利用单片机作为实验平台,设计并实现了满足"故障-安全"原则的安全型计算机系统,并对各种可能出现的故障现象进行了实验验证。
罗成[7]2002年在《磁悬浮列车自动保护系统的研究》文中提出随着磁悬浮列车技术的发展与成熟，磁悬浮列车的商业运营时代即将到来。磁悬浮列车作为一种交通工具，安全是它运营时的首要目标。为此，有必要在磁悬浮列车上设计一个独立的自动保护系统，来确保列车运行时的安全，并作为列车自动运行控制系统的一部分。 本文首先讨论了规划列车运行速度曲线有关的问题，这些问题包括：线路特性、列车相关设计指标、运营时的舒适度指标。针对磁悬浮列车的特点，确立ATP系统的安全逻辑规则。在此基础上建立了ATP系统的模型。 此后，结合科大试验线，详细介绍了一个用Matlab编制的规划速度等曲线的软件。通过这个软件，可以得到一条优化的列车运行速度等其他曲线，同时可检验线路、车辆的设计参数是否满足运营要求。 再后，讨论了ATP系统软件和硬件的设计与实现。这其中，着重介绍了如何组建满足主站热备份的PLC网络以及PLC网络的故障诊断，给出了ATP系统在PLC上实现时的流程图。 最后，用软件对八达岭旅游线相关曲线进行了计算并分析，发现左线设计方案不够合理。
李言[8]2008年在《高速磁浮列车安全计算机平台设计与实现》文中研究指明高速磁浮列车利用磁力使车体悬浮于轨道上,并采用直线电机推进高速运行,是现代交通技术发展的一条新途径。运行控制系统是高速磁浮列车系统的重要组成部分,是实现磁浮列车“运行指挥,安全防护”功能的安全苛求计算机控制系统。安全计算机是该系统的核心技术设备,通过增加多个运算单元作为参考,屏蔽或纠正单个运算单元出错而引起的系统故障,提高了可靠性和安全性,从根本保证了对道岔等安全苛求设备及车辆控制等安全相关操作的防护。目前,安全计算机技术被少数发达国家所垄断,国内的研究还处于初级阶段,传统的安全计算机属于专用计算机,针对专用系统及用户定制硬软件,可靠性、安全性很难在实践中得到验证,兼容性、通用性比较差。本文针对目前安全计算机存在的弊端,以德国高速磁浮列车为应用背景,分析了高速磁浮列车运行控制系统及其对安全计算机功能的需求,提出了一种分布式安全计算机系统的总体设计方案,研制了系统的硬件和基础软件,搭建了叁取二安全计算机平台,并完成了系统调试。论文主要研究了以下内容:第一,研究了高速磁浮列车运行控制系统结构,分析了运行控制系统各子系统及对安全计算机的基本功能、可靠性及安全性的需求,并对可靠性、安全性进行量化分析。第二,基于需求分析,并针对传统安全计算机的弊端,提出了一种分布式安全计算机系统的总体设计方案,划分了功能层次结构,从保证可靠性、安全性的角度详细设计了各个功能子模块。第叁,设计了安全计算机硬件的总体结构,划分并设计了独立的功能电路单元,基于先进高性能微处理器PowerPC,研制了具有丰富通信接口的主控计算机以及具有故障-安全特性的开关量输入输出单元电路等硬件设备。第四,完成了软件系统的功能分解,开发了基于嵌入式实时操作系统VxWorks的板级支持包(BSP),重点完成了系统底层初始化程序及CAN驱动程序编制。最后,搭建了分布式叁取二安全计算机系统硬件平台,提出一种基于本平台的同步及表决的软件参考方案,设计了测试方案,并编制测试代码,然后完成了系统调试。
王迪[9]2007年在《磁浮列车的故障安全性车站控制器设计》文中进行了进一步梳理论文论述了一种应用于中低速磁浮列车运行控制系统的车站控制器系统，并且分析了系统实现的理论，讨论了系统的设计方法，并将该系统设计为具有故障导向安全性能的可靠性系统。根据故障导向安全系统的原理，将该系统设计成为2取2的冗余表决系统：控制部分使用了冗余的双单片机组成2取2的冗余处理通道，双CPLD组成2取2的冗余比较表决逻辑通道，并且实现了对双单片机同步运行状态的检查，提高控制系统的抗故障性能以及实时故障检测能力；使用了冗余的双通信信道，全面提高了系统的安全性与可靠性，实现了系统的故障安全性能。系统一旦在运行过程中发现在双机任务执行，双机同步检测，或者是通信等环节发生错误等，以及现场设备发生故障时，均将切断对现场设备的电源供应。电源供应开关是通过安全型的继电器来实现的。设计的重难点是两个单片机之间的同步问题。系统采用了硬件逻辑加软件任务设计相结合的功能，实现了系统的松散耦合级的同步。这种同步技术对共模误差的抑制能力比较强，并且适用于现代高处理性能的比较冗余系统，但是存在一定的同步时间误差，这是设计时需要注意的。同步问题的解决是本设计的关键技术。随着磁浮列车技术与铁路信号技术的发展，未来磁浮列车的ATC系统会越来越智能化，越来越安全。车站控制系统的可靠性也会变得越来越重要，故障导向安全技术有着广阔的应用前景。
杨光[10]2007年在《高速磁浮列车最优速度曲线及其跟踪控制研究》文中提出高速磁浮列车是未来交通的重要发展方向之一。高速磁浮交通技术研究已经被列为国家“十五”863计划重大专项。本文以德国高速磁浮列车系统为研究对象，以实现列车安全正点、舒适节能地自动驾驶为目标，对列车运行的最优速度曲线及其跟踪控制问题以及与此相关的问题进行了研究。论文的主要研究工作及创新点总结如下。(1)为了便于分析和求解磁浮列车的运行规律，采用拟和方法对磁浮列车运行的非线性动力学模型进行了近似处理，得到了适用于类型相同而不同编组列车系统的统一的近似动力学模型，并给出了隐式解析解的通用表达形式。研究了恒力作用下列车运行的规律，并给出了已知列车运行规律求解控制力的迭代搜索算法。(2)系统地分析了磁浮列车的双限速度防护问题，提出了基于动力学模型的安全速度防护曲线的求解算法，确定了列车运行的安全速度域。研究了列车速度越界后的防护措施，并给出了列车超速防护下的涡流制动切换算法。(3)基于磁浮列车的动力学模型，以安全、舒适为约束条件，分别求解了最短时间和最小能量的最优控制问题，在理论分析的基础上给出了工程化求解方法。针对最小能量控制下确定惰行切换点的关键问题，给出了两种求解方法。基于求解不同定时条件下的最小能量得到了能耗随运行时间变化的曲线，为铺画列车运行图提供了重要的依据。(4)利用反馈线性化技术，处理了磁浮列车系统的非线性动力学模型，设计了非线性补偿器和PI控制器。仿真结果表明，所设计的控制系统实现了列车速度良好地跟踪目标速度曲线。(5)在分析几种典型轨道交通的列车自动控制系统特点的基础上，提出了一种更完善、安全性和可靠性更高的新型运行控制系统体系结构。分析了新结构中的列车运行仿真系统的核心功能，并基于磁浮列车最优速度曲线的理论和算法设计了运行速度曲线优化模块的功能，为铺画高速磁浮交通系统的运行图提供了技术支撑。综上所述，本文对磁浮列车最优速度曲线及其相关研究成果，为高速磁浮列车研究提供有益的参考，具有重要的理论意义和应用价值。
参考文献：
[1]. 磁浮列车ATP系统研究[D]. 赵志远. 国防科学技术大学. 2004
[2]. 中低速磁浮列车车载运控系统原理样机的设计与实现[D]. 朱敏洁. 北京交通大学. 2008
[3]. 低速磁浮列车运行控制系统关键技术研究[D]. 王旭. 国防科学技术大学. 2007
[4]. 磁浮列车自动驾驶（ATO）系统控制算法研究与仿真[D]. 吴玉生. 国防科学技术大学. 2005
[5]. 低速磁浮列车电—机械联合制动控制方法研究[D]. 张博. 国防科学技术大学. 2005
[6]. 一种磁浮列车安全型计算机系统的设计与实现[J]. 曹壮, 窦峰山, 龙志强. 微计算机信息. 2008
[7]. 磁悬浮列车自动保护系统的研究[D]. 罗成. 国防科学技术大学. 2002
[8]. 高速磁浮列车安全计算机平台设计与实现[D]. 李言. 北京交通大学. 2008
[9]. 磁浮列车的故障安全性车站控制器设计[D]. 王迪. 西南交通大学. 2007
[10]. 高速磁浮列车最优速度曲线及其跟踪控制研究[D]. 杨光. 北京交通大学. 2007