автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Алгоритмы бортовых подсистем автоматического управления движением поезда метрополитена

МПС РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

На правах рукописи

СИДОРЕНКО ВАЛЕНТИНА ГЕННАДЬЕВНА

УДК 629.423.053.3:681.325.5:621.382.049.77

АЛГОРИТМЫ БОРТОВЫХ ПОДСИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДА МЕТРОПОЛИТЕНА

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

"Москва 1997

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, академик Академии транспорта РФ, заслуженный деятель науки РФ -БАРАНОВ Леонид Аврамович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ШАЛЯГИН Дмитрий Валерьевич кандидат технических наук, доцент БЕСТЕМЬЯНОВ Петр Филимонович

Ведущая организация - Московский метрополитен

Защита состоится 1997 года в на заседании

диссертационного совета К114.05.10 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу 101475, ГСП, Москва, ул. Образцова, д.15, аудитория 4517.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью просим присылать по адресу совета университета.

Автореферат разослан 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 1 14.05.10.,

д.т.н., проф.

Хохлов Ю.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В крупных городах метрополитен является одним из основных видов общественного транспорта. Постоянное увеличение пассажиропотоков требует повышения безопасности движения поездов и повышения использования пропускной способности линий метрополитена, что усложняет процесс управления движением поездов. Решение возникающих проблем тесно связано с автоматизацией процесса управления движением поездов метрополитена. В настоящее время ставится задача создания автоматизированного метрополитена.

Дальнейшее повышение использования пропускной способности линий метрополитена связано с увеличением точности и интенсивности прицельной остановки на станции, а также точности выполнения заданного времени хода. Эти требования наряду с необходимостью сокращения расхода электроэнергии на тягу ставят задачу использования новых алгоритмов для управления движением поезда метрополитена на перегоне. Появление нового поколения вычислительных средств и нового математического обеспечения позволяет создать более совершенные и быстродействующие алгоритмы оптимизации программ движения поезда.

Работа, посвященная разработке новых алгоритмов бортовых подсистем автоматического управления движением поезда метрополитена, позволяющих снизить расход электроэнергии на тягу и увеличить степень использования пропускной способности линий путем увеличения точности и интенсивности прицельной остановки на станции, а также точности выполнения заданного времени хода, является актуальной.

Исходной основой диссертации являются:

-фундаментальные работы по теории оптимального и адаптивного управления Беллмана Р., Дубовицкого А. Я., Милютина A.A., Понт-

рягина Л.С. и его учеников Болтянского В.Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф, и других;

-фундаментальные работы по теории импульсных систем Джу-ри Э., Цыпкина Я. З.и других;

-теоретические и прикладные исследования по цифровой обработке непрерывных сигналов Аршинова М. Н., Астрахана В. И., Бакеева Е. Е., Баранова Л. А., Вериго А. М., Горелова Г. В., Лызло-ва С. С. и других;

-исследования систем автоматического управления движением поездов метрополитена Асниса И. А., Астрахана В. И., Баранова Л. А., Годяева А. И., Головичсра Я. М., Ерофеева Е. В., Лисенко-ва В.М., Максимова В. М., Моисеева А. А., Петрова Ю. П., Скива Л., Федянина В. П. и других.

Целью работы является создание алгоритмов бортовых подсистем автоматического управления движением поезда метрополитена, обеспечивающих требуемую точность прицельной остановки на станции и выполнения заданного времени хода по перегону при рациональном расходе электроэнергии.

Методы исследования. В работе использованы методы аналитического и имитационного моделирования, теории вероятности, математической статистики, структурного программирования, теории импульсных систем, теории оптимального и адаптивного управления в технических системах, принцип максимума, дискретный вариант динамического программирования Р. Беллмана.

Научная новизна.

В результате проведенных исследований, анализа и обобщения опыта создания систем автоматического управления движением поездов метрополитена (САУДПМ) впервые предложены и разработаны:

¿T

•метод синтеза оптимальных по расходу электроэнергии ■раекторий движения поезда при заданном времени хода путем >дновременного использования дискретного метода динамического 1рограммирования и необходимых условий оптимальности траектории движения поезда при ограничении на количество тереключений режимов;

• методы синтеза трактов измерения параметров движения поезда з составе многомашинного комплекса поездного устройства (ПУ) ^АУДПМ, учитывающие несинхронизированность датчиков и эазличные способы фильтрации измеренных значений;

•новые способы определения текущих фазовых координат движения поезда, в том числе на инфранизких скоростях, основанные на аналитическом дифференцировании экстраполяционного многочлена;

•адаптивный алгоритм управления временем хода по перегону.

Практическая ценность.

Реализована для использования на персональных компьютерах :истема поддержки принятия решения при синтезе измерительных трактов, позволяющая проводить исследование измерительных трактов в составе систем автоматического управления движением тоездов (САУДП), а также других трактов преобразования аналоговой зеличины.

В составе автоматизированной системы тяговых расчетов RASTRA) реализован алгоритм, позволяющий проводить синтез >нергооптимальных траекторий движения поездов метрополитена с заданной точностью и высоким быстродействием.

Использование разработанных программных средств позволяет ускорить процесс создания алгоритмов управления движением поездов метрополитена:

£

•разработан алгоритм обработки показаний датчиков тракта измерения параметров движения поезда в составе многомашинного комплекса ПУ САУДПМ, позволяющий понизить погрешности измерения и повысить точность прицельной остановки;

•разработан алгоритм адаптивного управления временем хода поезда по перегону, обеспечивающий повышение точности выполнения заданного времени хода при воздействии случайных возмущений на 10-15%;

•показано, что использование многоступенчатого управления электропневматическим тормозом в алгоритме управления торможением и новых методов измерения инфранизких скоростей позволяет уменьшить погрешность прицельной остановки до 0,3 м без увеличения времени торможения. Реализация результатов.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке технического проекта комплексной системы безопасности и автоматизированного управления движением поездов метрополитена -системы "Движение" в рамках договора между кафедрой "Управление и информатика в технических систьемах" МИИТа, Научно-исследовательским институтом точной механики (НИИТМ, Санкт-Петербург) и Петербургским метрополитеном (договор N165/95). Результаты данной диссертации использованы при разработке алгоритмов поездного устойства системы "Движение". Предложенные алгоритмы определения текущих значений параметров движения поезда, управления временем хода и прицельным торможением являются составной частью алгоритмического обеспечения поездного устройства автоматического управления движением поезда метрополитена и позволяют повысить качество управления при экономии электроэнергии на тягу поездов.

Результаты исследований, проведенных в процессе работы над диссертацией, используются также в учебном процессе на кафедре "Управление и информатика в технических системах" МИИТа, в частности, в лекционном курсе по дисциплине "Микропроцессорные системы автоведения поездов" и при дипломном проектировании.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры "Управление и информатика в технических системах" Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ), на научных конференциях МИИТа в 19951997 гг.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 6-х публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка использованных источников, 6-и приложений. Общий объем работы -263 страниц, в гом числе 145 страниц основного машинописного текста, 52 рисунка, 14 таблиц, 6 приложений. Список использованной литературы ¡одержит 97 источников. Приложения содержат 56 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной заботы, приводится краткий обзор состояния основных вопросов, поставлены цель и задачи исследования.

В первой главе "Анализ принципов построения систем автоматического управления движением поездов метрополитена. Постановка ¡адачи исследований" проводится анализ известных алгоритмов ПУ ^АУДПМ и методов решения задач оптимального управления подвиж-1ыми объектами; дается описание математических моделей движения.

Одной из основных задач, решаемых при автоматическом /правлении движением поезда метрополитена, является уменьшение

/

расхода электроэнергии при заданном времени хода, поэтому для задания программ движения поезда метрополитена используются результаты предварительного расчета оптимальных по расход) электроэнергии траекторий движения поезда при заданном времени хода. Применение известных аналитических методов (классическогс вариационного исчисления, принципа максимума) не позволялс учесть специфические особенности эксплуатируемого подвижноп состава метрополитенов, поэтому встала задача разработки метод; оптимизации, учитывающего ограничение на число разрыва управления. Необходимость учета дискретного характера управлени силой тяги на поездах метрополитена и ограничений на числ< включений тяговых двигателей обуславливает поиск оптимальны: управлений в классе кусочно-постоянных функций с ограниченны! числом разрывов первого рода. При введении соответствующее определения близких управлений при помощи математическое аппарата принципа максимума были получены необходимые услови оптимальности. Была предложена методика синтеза оптимальны траекторий с использованием полученных условий путем построен« совокупности линий переключения режимов управления. Однако он не позволяет решить задачу, оптимизации для любого перегош Появление нового поколения вычислительных средств и новог математического обеспечения позволяет создать более совершенные быстродействующие алгоритмы оптимизации, основанные и совмещении аналитических и численных методов.

Следствием высоких требований к показателям качестЕ управления являются соответствующие требования к тракт измерения параметров движения поезда. Ислользоваш многопроцессорного поездного устройства автоведения позволя! проводить расчет текущих параметров движения поезда путе обработки показаний нескольких осевых частотно-импульснь

$

датчиков (ЧИД). Поэтому насущной становится проблема создания нового алгоритма обработки результатов измерения параметров движения поезда с учетом повышения требований к точности и помехоустойчивости результатов измерения и необходимости обработки показаний нескольких датчиков.

Наиболее точным из применяемых в настоящее время на отечественном подвижном составе алгоритмов управления торможением поезда, обеспечивающим погрешность остановки менее 1м, является алгоритм, в котором управляющее воздействие определяется на основе знания о значении скорости в данный момент времени и первой разности ее значений. В основу функционирования алгоритма положено вычисление программной кривой изменения скорости для каждого перегона. Процесс прицельной остановки на станции состоит из двух частей: электрическое и электропневматическое торможение. Последний этап, во многом определяющий качество управления (точность и интенсивность торможения), до последнего времени строился по разомкнутому циклу. Усовершенствование существующего алгоритма направлено на повышение точности прицельной остановки при ограничениях на время торможения.

Алгоритм управления временем хода поезда по перегону также во многом определяет качество управления САУДПМ. В настоящее время перспективным для использования в САУДПМ является закон управления временем хода поезда по перегону по средней скорости в момент выключения двигателей в зависимости от времени хода. Дальнейшее повышение точности управления возможно путем создания алгоритма, обеспечивающего адаптацию закона управления к реальным условиям движения по линии и конкретному подвижному составу.

АО

Перечисленные задачи автоматического управления движением поезда метрополитена находятся в тесной взаимосвязи, представляют собой единый комплекс задач и требуют совместного решения.

Вторая глава "Алгоритмы расчета оптимальных режимов движения поезда метрополитена" посвящена разработке алгоритма синтеза оптимальных траекторий и управлений на основе совмещения дискретного варианта метода динамического программирования и необходимых условий оптимальности режимов движения поезда по расходу электроэнергии при заданном количестве включений тяги.

Движение поезда по перегону описывается дифференциальным уравнением:

¿У __ &щ/(У)-ху0(У)-»>а(*)-и2Ь(У)) ск V

где коэффициент, учитывающий размерность и инерцию

вращающихся масс поезда;

и!- управляющее воздействие по тяговому усилию, и!=0 ими /; п2- управляющее воздействие по тормозному усилию, и2 = 0 или 1;

/(У) - удельная максимальная сила тяги;

у/и - удельная сила основного сопротивления движению поезда; Н'д- удельная сила дополнительного сопротивления движению поезда,

Ь(У) - удельная сила торможения; 5 - текущий путь; V - текущая скорость.

Критерий оптимальности программы движения поезда с учетом опериметрического ограничения на время хода по перегону и раничения на фазовую координату V<Vd(s) имеет вид:

oJl 7](V) v И( ' ") е L - длина перегона; rj(V) - КПД двигателей; Я - множитель Лагранжа;

f.i(V-Vd(s)) - "функция штрафа", равная нулю внутри допустимой области и быстро возрастающая за ее пределами. Кроме того, должно выполняться ограничение на число слючений тяги:

je Kl - максимально допустимое число включений тяги;

- число включений тяги на оптимальной траектории.

Для решения задачи весь перегон разбивается на М шагов арьирования режимов. Критерий оптимальности имеет вид:

м м

Z(V\,...Vm,N\,...,Nm) = + А£Г/,

i=i i=i

основное функциональное уравнение-

fi(Vi, Ni, я) = min [{ß - \{Vr-1, Ni -1, о -1) + Ai(Vi -1, Ni -1, M, > rMn) + ЛГ«),]

де Ai(Vi,Ni,Ti) - расход электроэнергии на i-ом шаге; Ti - время хода на ¡'-ом шаге; Vi - скорость на /-ом шаге; Ni - режим управления на i-ом шаге;

а

п - время хода в последнем режиме управления; тт1п - минимально-допустимый промежуток времени между переключениями режимов управления.

Переход из режима Тяга в режим Выбег может производиться только после окончания вывода позиций реостатного контроллера. Обратный переход производится только по прохождении лимитированного отрезка времени.

В случае, когда условие П-1>тт1п на /-/-ом шаге не выполняется и нет пересечения с тормозной кривой, движение продолжается в текущем режиме управления:

т, М, т.) = (/, - .(К, + А,{У, -1, № -1, № 1 <0 + яг,)

Значение скорости К/ на ;-ом шаге оптимизации находится по формуле

где /У,) - приращение скорости на ¿-ом шаге определяется

путем численного интегрирования дифференциального уравнения. Расчет силы тяги проводится путем решения уравнения электрической машины на каждом шаге интегрирования с использованием характеристик магнитного потока возбуждения, инвариантных относительно переменных напряжения на токоприемнике и сопротивления силовой цепи. Расчет выполняется с учетом всех видов временных задержек и коммутаций в силовой цепи вагона.

Множество допустимых режимов управления на /-ом шаге оптимизации Ф определяется в зависимости от режима управления на предыдущем шаге оптимизации, значения вспомогательной переменной р, выполнения необходимых условий оптимальности, номера характерной точки фазового пространства, в которой

находится поезд 01, и допустимого числа включений тяговых двигателей К\ :

Н; €, , р<У,_х,), О,,гм > гт;п, Кв3).

Для определения значения вспомогательной переменной р и проверки необходимого условия оптимальности каждой траектории, имеющей хотя бы одну точку переключения режимов движения, лежащую внутри допустимой области ¥п($)<Уд($), где Гл^-скорость поезда в точке переключения режимов, ставится в соответствие гамильтониан

К чЮ

Дополнение процедуры динамического программирования необходимыми условиями оптимальности траектории движения поезда позволяет значительно сократить число рассматриваемых вариантов, так как в число перебираемых вариантов не включаются траектории, для которых необходимое условие оптимальности заведомо не выполняется.

На основе предложенного метода синтеза оптимальных траекторий разработан эффективный алгоритм, реализованный в рамках автоматизированной системы тяговых расчетов А8ТЯА-М и обеспечивающего простоту программной реализации, высокие быстродействие и точность моделирования движения поезда. Разработанный алгоритм позволяет эффективно проводить поиск неопределенного множителя Лагранжа.

Функционирование алгоритма проверено при расчете оптимальных траекторий движения для реальных перегонов. Показано совпадение результатов расчета оптимальных траекторий движения поезда методом динамического программирования с учетом

необходимых условий оптимальности и' традиционным вариантом метода динамического программирования. Причем использование необходимых условий оптимальности позволяет сократить время расчета в 10 раз по сравнению с традиционным методом. Время расчета оптимальной траектории для заданного значения неопределенного множителя Лагранжа на ЭВМ типа РепНит-ЮО составляет 5-1 5с в зависимости от перегона.

В третьей главе "Анализ и синтез измерительных трактов САУДП" формализуется задача синтеза измерительных трактов с использованием аналитического и имитационного моделирования.

В работе предложены новые математические модели определения скорости и ускорения как производной экстраполяционного многочлена измеряемого параметра (пути или скорости). Пусть х[п]-точные значения измеряемого параметра в моменты времени /=лТ, а г[п]- значения погрешности тракта измерения, Х[п]=х[п]+г[п]-результат измерения. Используя метод наименьших квадратов (многочлены Чебышева) для значений Х[п],Х[п-1],...,Х[п-М] построим интерполяционный многочлен степени /:

Х[п-1] ва0 -ьа11+...+а/1'', (1)

где а0, а]# аг коэффициенты многочлена, определенные по методу

наименьших квадратов. В качестве измеренных значений первой и второй производных измеряемого параметра принимаются первая и вторая производные полинома (1), соответственно, при 1=0 :

= х{2Чп]=2а2.

В ходе проведенных исследований разработаны математические модели функционирования трактов измерения параметров движения поезда с несколькими датчиками с учетом их несинхронизированности и получены математические выражения для

оценок дисперсии погрешностей измерения скорости при наличии нескольких датчиков и ускорения поезда при различных методах измерения (при определении как первой разности измеренных значений скорости и как производной экстраполяционного многочлена скорости):

N М, 1=1 у = 0

1

+£-<р)Т-г- Т<)с/г

N N Мх М, / = 1 г = 1 <7 = Оу = О

(кхТ) о О

Мг МI 1 Мг М\

£>& = -/&>(0)+ Ес/^& и*--^ 2« +

у = 0 / = о ь*2Г/ = 0г = 0

-Яуу((/ + г + ¿1 + Ь - р)Г) - Яуу((/ + г - р)7) +/?у\-((/ + г + к\-+

( 1 Л2 Мг Мг М\ М\ + —I Ее,су 2 2>гу

Vк\кгТ' / = 0/ = 0 г = 0д=0

кгТкгТ

] |(2Луу(г, - г. + (у - /Ч д ~ г)т) - ^(т. - т, + (у - »4 ? - г - Лг,)7') -

0 0

кгТЬТ

] |(2Лк(г. - т, + (у - /Ч ? - /-)г) -Лгг(г, - п + (у - / + - г - к)т) -

0 0

- т. + (у - ¡4 у - г + к>)Т^с1т,с1т,

+

I м> , / /=о

2 Л^1 с ,

~~ I — (Л,.ф + Ь- р)Г) -/?.,((/ -р)7) + 1 ¿ = 01си

I М\ М\ I к\Тк\Т +— I £ ас]-у | | Я™(т1 - тг + (у - 1)ТуЛх\<1т1 +

Г2/ = Оу = 0 и^17) 0 О

, АЛЪГ )

+——г \ ¡Щъ-тг + и- тЛийп , (ь т) 0 0 ;

где автокорреляционная функция случайного входного сигнала

скорости;

Ягг(1) - автокорреляционная функция аддитивной помехи; Ы- число используемых датчиков;

= - весовой коэффициент показаний /-ого датчика; а- коэффициенты цифровых фильтров; М1 + ],М2+1- количество отсчетов цифровых фильтров; Т - шаг временной дискретизации; к1- число каналов для измерения скорости; к.2- число каналов для измерения ускорения;

уук, Уак- верхние оценки погрешности квантования при измерении скорости и ускорения;

<р- сдвиг по фазе входного сигнала при исключении погрешности от запаздывания, вносимой трактом преобразования; Тг- отрезок времени между моментом считывания показаний датчика и началом следующего такта управления. Оценки параметров автокорреляционных функций, задающих стационарный центрированный случайный процесс, используемый в

//

качестве стохастической модели скорости и ускорения поезда получены в ходе имитационного моделирования.

С целью повышения точности и помехоустойчивости измерительной информации проведен анализ и моделирование различных алгоритмов обработки показаний датчиков при измерении скорости в многомашинной системе. Аналитическое моделирование функционирования измерительных трактов с использованием полученных оценок погрешностей измерения позволило провести ранжировку рассматриваемых вариантов построения измерительных трактов. Результаты аналитического расчета погрешностей измерения параметров движения поезда при различных вариантах построения тракта измерения совпадают с результатами, полученными при моделировании движения поезда по реальным перегонам. В результате моделирования установлено, что при отношениях мощности помехи к мощности сигнала, соответствующих реальности, применение для восстановления измеренных значений скорости полиномов Чебышева первого порядка при' М/=5 и- вычисление ускорения путем аналитического дифференцирования полученного полинома дает положительный результат как для измерения скорости, так и ускорения без использования к-канальности. В этом случае максимальная погрешность измерения скорости уменьшается в 1,5 раза, а СКО - в 2 раза по сравнению с восстановлением экстраполятором нулевого порядка (ЭНП). При измерении ускорения максимальная погрешность уменьшается в 3 раза, а СКО - в 7 раз. Этот способ рекомендован для применения в подсистеме измерения САУДПМ.

В результате моделирования установлено, что оптимальные фильтры, построенные на основе знания автокорреляционных функций входного сигнала и помехи и обеспечивающие минимум

¡л

дисперсии погрешности на выходе тракта преобразования, могут быть использованы при математическом моделировании для оценки потенциальных возможностей повышения точности и помехоустойчивости измерительных трактов, однако их использование в реальных трактах измерения параметров движения поезда не представляется возможным из-за их высокой чувствительности к изменению параметров автокорреляционной функции фильтруемого сигнала и величине отношения "помеха-сигнал", а также потому, что они получены при определенной идеализации входного сигнала как стационарного процесса.

Четвертая глава "Алгоритмы управления временем хода и прицельным торможением поезда метрополитена" посвящена вопросу создания алгоритма адаптивного управления временем хода, учитывающего реальные условия движения, и управлению торможением поезда.

Процесс адаптации коэффициентов аппроксимации зависимости Уср(Тх) к реальным условиям движения на линии и конкретному

подвижному составу можно рассматривать как параметрическую адаптацию. Он состоит из двух основных частей:

-идентификация поезда, которая проводится на основе экспериментальных данных на протяжении N поездок;

-коррекция коэффициентов закона управления временем хода по методу наименьших квадратов, совмещающая процессы принятия решения и модификации системы.

Идентификация объекта управления (поезда) проводится в реальном масштабе времени и представляет собой рекурсивную процедуру, исполняемую по мере поступления результатов измерения и носящую неограниченный во времени характер.

Анализ полученных - в ходе моделирования результатов показывает, что при адаптивном управлении временем хода

/у

максимальная и среднеквадратическая погрешности управления уменьшаются на 15% по сравнению с обычным способом управления.

В используемых в настоящее время алгоритмах уаправления торможением после включения пневматического тормоза никаких изменений в управлении поездом не происходит до остановки поезда на станции. Такой алгоритм управления торможением не всегда обеспечивает заданную точность прицельной остановки.

В разработанном алгоритме с целью повышения точности прицельной остановки предлагается осуществлять многоступенчатое релейное управление пневматическим тормозом путем его включения и выключения на основании сравнения фактической и программной скоростей.

Результаты имитационного моделирования алгоритмов управления торможением поезда подтверждают эффективность использования многоступенчатого управления электропневматическим тормозом поезда с целью повышения точности прицельной остановки. Использование для измерения параметров движения поезда при инфранизких скоростях цифровой фильтрации на основе экстраполирования результата позволяет повысить точность прицельной остановки поезда на станции до 30 см без потерь времени.

В пятой главе "Автоматизированная система тяговых расчетов и система поддержки принятия решения при синтезе измерительных трактов" описываются программные реализации автоматизированной системы тяговых расчетов (в том числе оптимальных) и системы поддержки принятия решения при синтезе трактов измерения САУДП.

Необходимость использования более совершенного алгоритма синтеза оптимальных траекторий движения поезда по перегону поставила задачу создания новой системы ASTRA-M на основе модернизации существующей системы ASTRA, созданной в научно-исследовательской лаборатории "Автоматическое управление

JW

движением поездов" МИИТа. В ходе проведенных исследований разработан комплекс программ для синтеза знергооптимальных траекторий движения поезда метрополитена, входящий в состав автоматизированной системы ASTRA-M.

В ходе проведенных исследований разработана система поддержки принятия решения при синтезе измерительных трактов, в частности трактов измерения параметров движения поезда, позволяющая проводить как аналитическое, так и имитационное моделирование различных измерительных трактов при их анализе и синтезе. Система реализована в виде комплекса программ, работающих на любой IBM-совместимой персональной ЭВМ под управлением операционной системы MS-DOS. Исходный текст программ разработан в среде Borland Pascal 7.0 с использованием библиотек пакета Turbo Professional 5.05 для организации человеко-машинного интерфейса.

В состав системы поддержки принятия решения входят следующие основные подсистемы: математические модели трактов преобразования аналоговой величины; подсистема ввода, просмотра корректировки и контроля состава и параметров трактг преобразования аналоговой величины; подсистема ввода, просмотра корректировки и контроля параметров преобразуемой величины i помехи; подсистема формирования и выдачи результато моделирования; подсистема синтеза оптимального тракт преобразования аналоговой величины для заданных условий подсистема имитационного моделирования работы тракта измерени параметров движения поезда при движении поезда метрополитена п перегону; подсистема управления заданиями.

Объем исходного текста программы около 5000 строк. Программ требует для работы 200 Кбайт оперативной памяти и 100 K6av дисковой памяти.

Разработанная система была использована при анализе и синтезе трактов измерения параметров движения поезда САУДПМ. Открытый характер описанных систем позволяет использовать их и для решения других задач, требующих моделирования процессов движения поезда, в частности, при создании алгоритмов управления торможением поезда и временем хода по перегону.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научная задача создания алгоритмов бортовых подсистем автоматического управления движением поезда метрополитена, обеспечивающих требуемую точность прицельной остановки на станции и выполнения заданного времени хода по перегону при рациональном расходе электроэнергии, и получены следующие результаты:

1.Разработан алгоритм синтеза оптимальных по расходу электроэнергии траекторий движения поезда при заданном времени хода путем одновременного использования дискретного варианта метода динамического программирования и необходимых условий оптимальности траектории движения поезда при ограничении на количество переключений режимов, обеспечивающий простоту программной реализации и высокое быстродействие при заданной точности расчета.

2.Предложены и исследованы способы определения текущих фазовых координат движения поезда путем аналитического дифференцирования экстраполяционного многочлена, построенного по методу наименьших квадратов для измеренных значений пути или скорости. Проведенный анализ показал эффективность данного способа при вводе информации об ускорении поезда в ПУ САУДПМ.

3.Получены аналитические выражения для оценок дисперсий погрешностей измерения скорости и ускорения в многомашинном комплексе ПУ САУДПМ при различных способах обработки

Лл

показаний первичных датчиков и условии, что входной сигнал является случайной стационарной функцией. Проведено аналитическое моделирование различных способов обработки показаний первичных датчиков, по результатам которого выполнена ранжировка рассмотренных способов по точности и помехоустойчивости, а также выбор перспективных вариантов построения трактов измерения параметров движения поезда.

4.Результаты имитационного моделирования трактов измерения параметров движения поезда, полученные на реальных траектория* движения, показали близость результатов аналитического ^ имитационного моделирования и позволили выработать конкретньк рекомендации по способам обработки показаний первичных датчике! в алгоритме измерения параметров движения поезда метрополитена.

5.Исследован новый способ экстраполяционный мето; определения инфранизких скоростей. Показано, что этот способ ш сравнению с традиционными позволяет значительно уменьшит погрешности измерения скорости при инфранизких скоростях.

6.Разработан адаптивный алгоритм управления временем хода п перегону, позволяющий уменьшить погрешности выполнени заданного времени хода до ±2,5с.

7.Показано, что использование алгоритма управлени торможением с релейным управлением электропневматически тормозом и экстраполяционного метода измерения инфранизки скоростей позволяют повысить точность прицельной остановки ь станции без увеличения времени торможения.

8.Разработана система поддержки принятия решения при синтез измерительных трактов- программный комплекс, обеспечиваюии решение следующих задач анализа и синтеза измерительных тракт< многомашинного комлекса САУДП и систем обеспечен! безопасности движения: ранжировка различных способов обрабоп

показаний первичных датчиков по точности и помехоустойчивости; анализ влияния несинхронности датчиков на качество функционирования измерительных трактов; выбор перспективных вариантов построения трактов измерения параметров движения поезда в ходе математического и имитационного моделирования. Разработанная система использована в ходе анализа и синтеза алгоритмов управления торможением поезда метрополитена и различных трактов преобразования аналоговой величины.

9.Разработан комплекс программ для автоматизированной системы тяговых расчетов, позволяющий проводить синтез оптимальных режимов движения поезда метрополитена, а также анализ и синтез алгоритмов управления временем хода поезда метрополитена.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Баранов Л.А., Сидоренко В.Г. Методы синтеза измерительных трактов систем автоматического управления движением поездов // Тезисы докладов на VIII Международной школе-семинаре в г. Алушта, Украина, сентябрь 1995.-е. 23.

2. Баранов JI.A., Сидоренко В.Г. Система поддержки принятия решения при синтезе трактов измерения параметров движения поезда// Тезисы докладов II Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта". Москва, 1996. - с. 156.

3. Баранов JI.A., Сидоренко В.Г. Измерительные тракты многомашинного комплекса поездного устройства автоведения и обеспечения безопасности движения поезда метрополитена // Транспорт. Наука, техника, управление. М.: ВИНИТИ.-1996.-№12.-с.28-32.

4. Баранов Л.А., Сидоренко В.Г. Алгоритм синтеза оп-гимальных траекторий движения поезда метрополитена по перегону //

Транспорт. Наука, техника, управление. М.: ВИНИТИ.-1997.-№4. с.28-32.

5. Максимов В. М., Сидоренко В. Г. Моделирование на 3BN процессов управления торможением поезда метрополитена i асинхронным приводом. //Тезисы докладов по итогам "Недели науки 94", ч.2, М., 1995,- с.40 .

6.Моисеев A.A., Сидоренко В.Г. Методы уменьшени погрешности измерения ускорения систем автоведения. / Автоматическое управление технологическими процессами н транспорте // Юбилейный сб. науч. тр. Вып. 892.-М.:МИИТ,1996. с.35-37.

АЛГОРИТМЫ БОРТОВЫХ ПОДСИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДА МЕТРОПОЛИТЕНА Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессоЕ и производств(транспорт)

СИДОРЕНКО ВАЛЕНТИНА ГЕННАДЬЕВНА

Заказ

Подписано к печати Объем 1,5 Усл. п.л.

Формат бумаги 60x90 1/16 Тираж 100 экз.

Типография МИИТа, 101475, Москва, ГСП, ул. Образцова, 4 5