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CTCS-2级列控系统车载安全计算机主要功能的研究与仿真

作　者: 黄媛媛
导　师: 董昱
学　校: 兰州交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 列车控制系统车载安全计算机目标距离仿真
分类号: U284.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,以中国列车控制系统(Chinese Train Control System, CTCS)技术规范和相应的技术条件为基础,我国铁路建设迅猛发展,极大地满足了日益增长的铁路运输的需求。CTCS-2级列控系统不仅作为主要应用模式实现在200-250km/h速度级的铁路干线上,而且作为CTCS-3级列控系统的后备模式,发挥着极大的不可替代的功用。车载安全计算机作为CTCS-2级列控车载设备中最核心的部分,其功能的实现质量直接影响到列控系统的发挥。国内外对于车载安全计算机的速度控制功能均有不同程度的研究。在计算列车制动距离的过程中,大部分研究选择运用动力学公式来建模。但是由于动力学因素复杂多变,仿真实现困难较大,且较难得到准确精细的结果。考虑到现在车辆供应商以制动减速度的方式提供列车制动性能参数,因此,研究基于减速度制动模型的车载安全计算机控速功能具有一定的先进性。同时,该仿真还可代替现场试验完成一些数据验证,为从事相关工作的设计人员或者运营管理人员提供辅助决策,为提高行车效率奠定数据基础。本设计从列控系统中的关键设备车载安全计算机入手,着重研究其控速功能。首先介绍了国内外列车控制系统的发展过程与现状,在剖析CTCS-2级列控系统设备结构和功能的基础上,对基于轨道电路和点式应答器的车载安全计算机的控车模型和关键算法进行了深入研究；详细分析了与车载安全计算机工作相关的地面设备和其他车载设备的工作原理和数据流通情况,在此基础上对车载安全计算机进行功能分析和建模,进而对车载安全计算机仿真系统进行结构设计和功能需求分析,并通过VC++语言实现车载安全计算机仿真系统；最后结合实际线路数据和控车情况对系统进行检验,从仿真结果来看,可以满足对车载安全计算机各种功能的仿真,基本实现了列车安全可靠的控制。本文主要完成以下工作：首先借助有穷状态自动机对车载运行模式进行分析和建模,很好的表达了车载各模式的相互转化条件,进而实现了故障状态下的模式切换；其次在进行制动曲线计算的过程中,将动力学计算模型和分段式制动减速度模型进行比较,并在保证安全的前提下对后者的标准模型进行定量优化；此外模拟临时限速命令下发过程,并详细阐述车载安全计算机对限速命令的处理流程和限速计算方法；最后为了验证该仿真的可用性,结合列车运行环境对软件进行界面和功能测试。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外现状  10-11
  1.3 论文的基本研究思路  11-13
2 列控系统基础原理  13-24
  2.1 列车运行控制系统概论  13-17
    2.1.1 我国采用列车运行控制系统的必然性  13-14
    2.1.2 国外列控系统的发展  14-16
    2.1.3 中国列控系统的发展历程  16-17
  2.2 CTCS-2级列控系统架构  17-21
    2.2.1 地面设备  18-20
    2.2.2 车载设备  20-21
  2.3 速度控制原理  21-24
    2.3.1 分级速度控制  22
    2.3.2 目标距离速度控制  22-24
3 车载安全计算机功能分析及建模  24-43
  3.1 车载安全计算机功能分析  24-31
    3.1.1 数据流分析  24-25
    3.1.2 速度控制目标及策略  25-26
    3.1.3 制动方式选取  26-27
    3.1.4 线路纵断面的化简  27-28
    3.1.5 速度容限的选取  28-30
    3.1.6 安全防护距离设置  30-31
  3.2 基于自动机的车载控车模式分析及其建模  31-35
    3.2.1 有穷状态自动机  31-32
    3.2.2 车载模式状态说明  32-33
    3.2.3 模式转换建模  33-35
    3.2.4 系统预期  35
  3.3 列车制动模型分析与设计  35-39
    3.3.1 基于动力学计算模型  36-37
    3.3.2 基于分段式制动减速度计算模型  37-39
    3.3.3 制动模型选取及优化  39
  3.4 临时限速情况分析  39-40
  3.5 故障情况分析  40-43
4 车载安全计算机仿真系统的设计及实现  43-66
  4.1 车载安全计算机仿真系统设计需求和原则  43-45
    4.1.1 软件需求  43-45
    4.1.2 开发原则  45
  4.2 总体设计  45-47
    4.2.1 结构设计  45-46
    4.2.2 基本流程  46-47
  4.3 车载安全计算机仿真软件的设计及实现  47-62
    4.3.1 人机交互层  47-51
    4.3.2 数据库管理层  51-53
    4.3.3 通信层  53-54
    4.3.4 核心处理层  54-62
  4.4 列车运行仿真实现  62-66
    4.4.1 静态限速情况  62-63
    4.4.2 动态限速情况  63-66
结论  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
攻读学位期间的研究成果  70

CTCS-2级列控系统车载安全计算机主要功能的研究与仿真

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