自动控制在高铁运行控制中的应用

发表时间:2021/6/23   来源:《建筑科技信息》2020年11期   作者:王传龙
[导读] 地铁全自动驾驶意味着高速列车可以在没有人参与的情况下独立运行。在全自动驾驶过程中,系统需要达到高效率,高密度的要求,因此列车的自动控制系统至关重要。
        摘要:随着我国铁路列车运行速度的不断提高,现有的机车信号和自动停车装置已不能满足列车运行安全的要求。在国外,例如日本,法国,德国等国家,高铁配备了自动列车运行控制系统。有必要根据中国的实际铁路运输情况,开发中国的列车运行自动控制系统。列车运行自动控制系统是确保列车运行安全,提高运输效率的重要系统。因此,在开发中必须充分考虑系统的安全性和可靠性。
        关键词:自动控制;高铁;运行控制
       
        
1引言
        自动控制广泛应用于高速铁路的运行控制中,它由地面系统和车辆系统组成。根据调度命令,高速列车前方的位置和高速列车前方的路线,地面系统会给出指示高速列车运行的信息,包括目标速度,目标距离,弯道,坡度等。科学技术方面,轨道交通技术也在迅速发展,也引领着全自动驾驶技术的飞速发展,并且已经越来越成熟。目前,包括香港迪斯尼乐园线,上海地铁十号线和北京地铁机场线在内的许多发达国家已经实现了城市轨道交通的全自动驾驶。地铁全自动驾驶意味着高速列车可以在没有人参与的情况下独立运行。在全自动驾驶过程中,系统需要达到高效率,高密度的要求,因此列车的自动控制系统至关重要。
        2自动控制及其基本原理
        自动控制是根据预定的操作和更改规则,使用控制设备在没有直接参与的情况下使受控对象成为现实。全自动无人驾驶地铁意味着地铁可以在无需人员控制的情况下自动驾驶并确定各种车辆信息。为了准确地完成全自动驾驶,非常需要具有良好控制质量的自动控制系统。
        控制系统分为开环控制系统,闭环控制系统和复合控制系统。开环控制系统为单向传动,系统结构较为简单,成本较低,但控制量的精度只能取决于控制器的稳定性和被控对象参数,并且存在没有自我纠正。闭环系统可以自动校正由干扰或内部特性参数变化引起的变化,系统的控制精度较高,但是负反馈需要引入适当的参数匹配。
        在地铁自动驾驶控制系统中,自动控制系统的自适应控制特性用于通过监视系统自动测量系统状态。中央控制单元自动识别并分析测量参数,然后通过预设状态判断并自动更改控制器的结构和参数,以使其适应环境变化并保持最佳性能指标。地面控制中心根据地理位置存储各种地面信息(线坡度,曲线半径,慢速路段的位置和长度等)。另外,沿线的信号显示,道岔位置,列车信息(列车长度,制动率,位置,实时速度等)通过轨道间电缆连续传输到地面控制中心。地面控制中心根据线路状况,列车运行位置以及前后列车之间的行驶距离来计算列车的最大行驶速度。地面控制中心通过轨道间电缆将此信息传输到机车,而车载计算机则控制列车的运行。如果高速列车的行驶速度低于最大允许速度,则车载保护系统将不会启动;如果高速列车的行驶速度超过最大允许速度,则车载保护系统将开始制动高速列车降低运行速度。当然,地面控制中心计算出的最大允许速度会随时根据线路状况,列车的行驶位置以及前后列车之间的行驶距离而变化。另一种方法是地面控制中心不计算列车的允许行驶速度,而仅通过以下方式将信息:例如线路状况,列车的位置以及前后高速列车之间的行驶距离等信息传输到机车。跨轨电缆。高速列车的最大允许速度由车载计算机计算,并且计算机控制高速列车的运行
        3自动控制在高铁运行控制中的应用
        3.1车速自动驾驶控制
        在列车行驶过程中,综合列车的运行计划、列车的实时运行速度、实时运行线路以及运行的目标速度等信息,通过自动驾驶系统车载设备实时计算出列车要达到目标车速时,所需要的牵引力或制动力的大小,然后通过总控制单元,根据列车的需求对列车牵引系统或控制系统的执行器发出指令,进而完成列车的加速和减速作业。
        车载ATO模块是列车自动驾驶的核心组成,其包括硬件和软件。车载ATO模块从ATP模块接收到列车的运行速度、线路允许速度、限速和目标速度,以及列车所处位置等信息。车载ATO模块综合这些数据信息,实时计算出列车当前所需的牵引力或制动力,然后通过控制指令向列车执行机构发出请求指令。


        利用列车自动驾驶系统对列车进行精确地控制,使列车驾驶最大程度处于最佳的运行状态。列车在运行过程中合理的速度需求,可以使列车运行效率显著提升,同时也可以减少列车的能源消耗。在列车运行过程中,根据所施加牵引力及制动力的大小,列车的运行速度被控制在一定的速度范围内。
        根据列车自动驾驶过程中的速度、距离曲线,在自动驾驶控制时,列车速度在一个较小的速度区间内波动,采用惰行状态可以提高列车运行效率,较少能源消耗,同时也可以增加乘客的舒适度,通过选择最佳的惰性点防止列车在制动和牵引状态之间频繁切换。
        3.2车站精确停车控制分析
        在全自动列车驾驶过程中,车站的准确停车对于提高列车的运行效率和提高列车的安全性具有重要意义。
        列车需要结合列车的车载系统,牵引力和制动系统来实现车站的精确停靠,以便彼此配合。列车监控系统收集列车的行驶速度,并将行驶速度传输到自动驾驶车载模块。通过车载模块对列车的速度和位置进行分析,为列车提供控制命令,以实现列车的准确停站。高速列车正好停在车站,在站台设置安全门和其他防护装置,为旅客提供安全的候车和乘车环境。
        3.3自动控制系统质量指标
        控制系统受到干扰后,控制量将产生信号波动。控制性能可以通过控制系统的输入和输出信号的比较反映出来,并且通常从稳定性,快速性和准确性三个方面进行衡量。
        控制系统的稳定性使系统正常工作,速度决定了控制量对控制量的响应速度和速度。精度反映了系统可以达到的控制精度。通过选择组件并在控制系统中设置参数,可以实现控制系统的三个控制指标。同时,这三个性能指标是相互限制的。因此,在控制系统中,特别是在无人驾驶地铁的过程中,通过使用不同的系统可以实现不同的控制性能,从而可以提高地铁的运行效率以及舒适性和安全性。因此,自动控制系统的参数对地铁自治系统的运行具有重要意义。
        3.4列车运行自动控制系统
        作为确保列车运行安全和提高运输效率的系统,其安全性和可靠性非常重要。在列车运行控制系统的设计和开发中,安全始终放在第一位。遵循故障安全原则,即当系统中的设备发生故障时,系统给出引导列车运行安全的输出。以地面设备控制高速列车运行为例。当设备出现故障时,地面信号必须给出指示列车运行速度下降的显示。例如,当信号为绿色时,它应显示黄灯或红光衰减,以减慢或停止高速列车;当设备出现故障时,地面信号不应显示指示列车速度已升级的显示。例如,如果信号为红色,则设备故障不应给出黄灯或绿灯升级显示,以防止列车超速或越过禁止信号,从而危及列车运行安全;当设备在任何时候发生故障时,都不允许不显示而关闭地面信号灯,以防止高速列车相撞或追尾事故。
        4总结
        随着时代的不断发展,地铁无人驾驶技术的发展将越来越成熟,自动控制技术对其发展具有积极的推动作用。通过选择自动控制系统的不同参数和组件,地铁自动驾驶技术可以更准确,安全,高效地运行,并提供更舒适的乘坐环境。未来,地铁驾驶的发展方向必须朝着智能化发展的方向发展,同时要满足方便快捷的乘客需求。改善自动高速列车操作系统中自动控制技术的控制性能优化仍然是我们努力工作的方向。
        参考文献:
        [1]黄良骥,唐涛.地铁列车自动驾驶系统分析与设计[J].北方交通大学学报,2002.
        [2]胡寿松.自动控制原理[M].北京:国防工业出版社,1984.
        [3]肖衍,苏立勇.轨道交通全自动驾驶系统集成技术研究[J].中国铁路,2015(05):39-42.
        
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