автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Адаптивная система автоматического управления прицельным торможением поездов метрополитена

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРИЦЕЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ

1.1. Отечественные системы автоматического прицельного торможения (САПТ)

1.2. Зарубежный опыт автоматизации процесса прицельного торможения

1.3. Классификация САПТ

1.4. Измерение фазовых координат поезда в САПТ.

1.5. Постановка задачи создания и исследования адаптивной САПТ

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИЦЕЛЬНОГО

ТОРМОЖЕНИЯ.

2.1. Математическая модель поезда в режиме торможения

2.2. Моделирование САПТ программного слежения

2.3. Математические модели системы ступенчатого торможения и адаптивных САПТ

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. АДАПТИВНАЯ САПТ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА.

3.1. Измерение веса поезда в режиме торможения

3.2. Структура адаптивной САПТ

3.3. Анализ погрешностей измерения фазовых координат при использовании шлейфа с постоянным шагом скрещи вания

3.4. Алгоритм работы адаптивной САПТ

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТИВНОЙ САПТ

4.1. САПТ на базе микропроцессорного контроллера

4.2. САПТ на базе микро-ЭВМ.

4.3. Технические средства обмена информацией между вычислительным комплексом и поездом

4.4. Реализация принципа безопасности в САПТ

4.5. Испытания адаптивной САПТ на линии метрополитена

4.6. Экономическая эффективность САПТ

4.7. Выводы

ОСНОВНЫЕ вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Развитие социалистической экономики на современном этапе требует дальнейшего совершенствования управления народным хозяйством и его отраслями, в том числе и железнодорожным транспортом. Последний играет в нашей стране особую роль - ". роль и экономическую, и политическую, и . психологическую" f2j .0 необходимости улучшения работы железнодорожного транспорта отмечалось на ХХУ1 съезде партии, Пленумах ЦК КПСС и в Постановлениях ЦК КПСС и Совета Министров СССР по транспорту.

Эти требования распространяются и на такую отрасль железнодорожного транспорта, как метрополитены, которым принадлежит основная роль в решении транспортной проблемы больших городов. Общий годовой объем перевозок отечественных метрополитенов превысил 4 млрд. человек. Уже в настоящее время пассажиронапряженность перевозок на Московском, Ленинградском и Киевском метрополитенах самая высокая в мире. Это выдвигает на первый план задачу совершенствования управления перевозочным процессом. Поставленная задача решается комплексно путем создания единой автоматизированной комплексной системы управления метрополитеном (АСУ-Метро). Это соответствует принятым на ХХУ1 съезде КПСС "Основным направлениям экономического и сощального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 г.", где, в частности, указывается на необходимость дальнейшего повышения эффективности систем управления, для чего предусмотрено ". опережающими темпами развивать производство быстродействующих управляющих и вычислительных комплексов, . и программных средств к ним [ 4 ] .

Создание АСУ-Метро, осуществляемое в настоящее время по решению МПС, базируется на достижениях отечественной науки в области АСУ, в частности, на работах советских ученых В.А. Трапезникова, В.М. Глушкова, А.А. Воронова, А.Г. Мамиконова, О.И. Авена, В.В. Кульбы и др.

Современные метрополитены являются большими транспортными системами с десятками станций, депо и собственными ремонтными заводами, с общим штатом обслуживающего персонала от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч человек. Поэтому задача автоматизации процесса управления такими системами является весьма сложной.

АСУ-Метро представляет собой комплексную систему, отдельные подсистемы которой предназначены для совершенствования управления службами и подразделениями метрополитена. В то же время деятельность всех подсистем АСУ-Метро направлена на решение основной задачи метрополитена - обеспечение пассажирских перевозок при соблюдении требуемого уровня надежности, безопасности движения поездов и комфорта пассажиров. Для непосредственного решения данной задачи служит автоматизированная система управления движением поездов метрополитена АСУ-ДПМ, являющаяся подсистемой АСУ-Метро. Разработка АСУ-ДПМ ведется в соответствии с приказом № А2660 от 26.01.79 заместителя Министра путей сообщения и Координационным планом создания АСУ-ДПМ, утвержденным Первым заместителем Министра путей сообщения 26.01.84. В Советском Союзе накоплен обширный опыт по созданию и внедрению систем автоматического управления поездами.

Большой вклад в развитие автоматизации управления подвижным составом внесли Б.Д. Никифоров, JI.A. Баранов, А.В. Плакс, Н.Д. Су-хопрудский, Г.В. Фаминский, Е.В. Ерофеев, К.А. КривицкиЙ, В.М.Максимов, В.М. Лисицин, В.И. Астрахан и др.

Среди задач подсистемы АСУ-ДПМ важнейшей задачей является автоматическое управление прицельным торможением поездов метрополитена на станциях и оборотных тупиках, которое осуществляется системой автоматического прицельного торможения (САПТ).

Автоматизация процесса прицельного торможения, наиболее сложного и трудоемкого процесса управления поездом метрополитена, снимает с машиниста исключительно высокую психологическую нагрузку, позволяет повысить пропускную способность станции и безопасность движения.

В настоящее время на отечественных метрополитенах функционирует ряд САПТ, которые, обеспечивая выполнение требований по точности остановки (+ I м) не выполняют требований по времени торможения (20 с). Кроме того, эти САПТ не позволяют исключить проезд станции в случае отказа или сбоя управляющей аппаратуры, управлять различными типами подвижного состава, изменять координату остановки поезда, что необходимо при эксплуатации составов переменной длины.

Указанные недостатки приводят к снижению уровня безопасности движения, недоиспользованию пропускной способности линий, что в свою очередь, вызывает увеличение эксплуатационных расходов метрополитена и снижение уровня комфорта перевозок пассажиров.

Этим определяется актуальность настоящей диссертационной работы, целью которой является разработка и исследование адаптивной САПТ, позволяющей выполнить заданные функциональные требования, а также выбор комплекса технических средств для реализации САПТ.

Достижение данной цели требует решения следующих основных задач, поставленных и решенных в настоящей работе:

- Разработка математических моделей поезда и САПТ.

- Анализ качества функционирования известных систем автоторможения.

- Разработка и исследование адаптивного алгоритма прицельного торможения, учитывающего реальные параметры конкретного поезда.

- Разработка средств технической реализации алгоритма прицельного торможения.

В соответствии с поставленной целью, методика проведенного автором исследования базируется на теории тяги подвижного состава и методах математического анализа и имитационного моделирования с помощью ЭВМ, и использовании методов оптимизации.

В диссертации разработана математическая модель поезда метрополитена в режиме торможения, а также ряд моделей известных систем автоторможения. В результате исследования с помощью математических моделей выявлены недостатки и преимущества эксплуатируемых САПТ, что позволило поставить и решить задачу синтеза алгоритма работы адаптивной системы автоторможения. В работе также проведен анализ структуры построения САПТ и исследован вопрос измерения фазовых координат поезда при использовании шлейфа с постоянным шагом транспозиции проводников. В разделе технической реализации разработан ряд устройств, позволяющих реализовать разработанный алгоритм прицельного торможения. На основании исследований, проведенных в диссертационной работе разработан отладочный комплекс на базе ЭВМ СМ-2М, позволяющий вести наладку САПТ, в условиях эксплуатации на линии метрополитена.

Проведенные испытания САПТ на опытном участке Калужско-Рижской линии Московского метрополитена показали эффективность и высокое качество процесса регулирования, что подтверждается соответствующим актом.

Исследования и разработки, выполненные автором во Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта, вошли в состав следующей технической документации:

- технико-экономическое обоснование необходимости и целесообразности создания АСУ-ДПМ, утвержденное заместителем начальника Главного управления метрополитенов МПС (ЦМетро) 21.02.82;

-8- технические требования на разработку АСУ-ДПМ, утвержденные заместителем начальника ЦДОетро 21.09.92;

- техническое задание на разработку АСУ-ДПМ, утвержденное заместителем Министра путей сообщения 8.08.83.

Результаты исследований опубликованы в 4 статьях и защищены 2 авторскими свидетельствами.

Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на конференциях молодых специалистов и аспирантов БНИИЖТ (1980 и 1981 гг.) и научно-технических совещаниях отделения Связи и СЦБ ВНИИЖТ (в период I98I-I984 гг.).

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений.

9. Результаты исследования включены в техническое задание на АСУ-ДПМ, утвержденное заместителем Министра путей сообщения. По ма териалам диссертации институт Гипротранссигналсвязь ведет разработ ку технической документации на АСУ-ДПМ в соответствии с координаци онным планом, утвержденным Первым заместителем Министра путей сооб щения, а институт Метрогипротранс разрабатывает рабочий проект обо рудования Серпуховской линии Московского метрополитена комплексом станционных устройств АСУ-ДПМ в соответствии с заданием, утвержден ным начальником Мосметро.

10. Экономический эффект от внедрения САПТ на Серпуховской линии Московского метрополитена составляет 175 тыс.руб.

1. КПСС. Съезд, 26-й. Москва, 1981 г. Материалы ХШ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Андропов Ю.В. Шестьдесят лет СССР: Доклад на совместном торжественном заседании Центрального Комитета КПСС, Верховного Совета СССР и Верховного Совета PGiCP в Кремлевском Дворце съездов 21 декабря 1982 г. М.: Политиздат, 1982. - 30 с.

3. Автоматизированная система управления движением поездов метрополитена (АСУ-ДПМ). Техническое задание. Утверждено заместителем Министра путей сообщения 8.08.83.

4. Автоматизация электрического подвижного состава. Учебник для вузов ж.-д. транспорта. Под ред. Д.Д. Захарченко. М., Транспорт, 1978, 280 с. Авт.: Д.Д. Захарченко, А.В. Плакс, А.Н. Савось-кин, В.И. Некрасов, В.П. Феоктистов.

5. Автоматизация управления движением поездов на метрополитенах. М., Транспорт, 1976 г., 96 с. Авт.: Е.А. Легостаев, И.П. Исаев, А.Н. Ковальский.

6. Анашкин Б.Г., Кривицкий К.А. Устройство автоматического управления поездами метрополитена. Транспортное строительство, 1968, № 6, с. 14-16.

7. Автоматизация на Парижском метрополитене. Экопресс-инфор-мация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1969, № 16, реф. 71, с.15-16.

8. Автоматическое ведение поездов на Парижском метрополитене. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Организация перевозок и автоматизированные системы управления, 1969, № 39, реф. 139, с. I—10.

9. Автоматическое ведение поездов метрополитена. Экспресс-ин-юрмация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1973, № 5, реф. 13, с. 1-2.

10. Автоматизация на линиях метрополитеш. Экспресс-информа-дая (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1973, № 25, реф. 101, с. 3-4.

11. Автоматическое управление движением поездов в метрополитене Токио. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1969, № 15, реф. 64, с. 5-23.

12. Автоматическая система управления движением поездов на линиях BART (США). Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1973, № 6, реф. 22, с. 1-10.

13. Автоматизация подземных дорог в Гамбурге. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1962, № 26, реф. 120, с.17-24

14. Автоматизированные системы управления движением поездов (Япония). Экспресс-информация (ВИНИТИ). Организация перевозок и автоматизированные системы управления, 1973, № 2, реф. 5, с. 1-3.

15. Автоматическое управление движением поездов. Экепресе-ин-формация (ВИНИТИ). Организация перевозок и автоматизированные системы управления, 1972, № 10, реф. 75, с. 12-22.

16. Автоматизация движения на железных дорогах и линиях метрополитена при помощи бортовых ЭЦВМ. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Организация перевозок и автоматизированные системы управления, 1972, № 37, реф. 197, с. 1-10.

17. А.с. 882803 (СССР). Устройство для управления движением поезда. В.И. Астрахан, Б.В. Комков, B.C. Дмитриев, С.А. Королев,

18. Б.И. Павлов, В.В. Малеев, В.И. Скороходов, М.М. Передера, Н.В. Кук-сов. Опубл. в 1981, № 43.

19. А.с. 9I8I54 (СССР) Устройство для управления движением поездов метрополитена / В.И. Астрахан, Г.В. фаминский, B.C. Дмитриев, В.М. Малинов, Б.Б. Комков, В.А. Шишляков, Н.В. Куксов. -Опубл. в Б.И., 1982, № 13.

20. Автоматическая линия метрополитена. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1974, № 28, реф. 164, с. 2-4.

21. Астрахан В.И., Комков Б.В. Управление торможением поездов метрополитена с помощью микропроцессоров. Труды ВНИЙЖТ, 1981, вып. 643, с. 22-26.

22. Баранов Л.А., Баке ев Е.Б. Аналого-цифровые преобразователи устройств автоматики и телемеханики электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1979, 206 с.

23. Баранов Л.А. Анализ погрешностей цифровых способов измерения скорости и ускорения поездов. Труды МИИТ, 1980, вып. 661, с. 11-40.

24. Баранов Л.А., Максимов В.М., Годяев А.И. Автоматическое управление торможением поездов метрополитена. Вестник ВНИИЖТ, 1983, № 5, с. 26-30.

25. Бушненко Ю.В., Татарников В.А. Автомашинист пригородного поезда. Труды УЭМИИТ, Свердловск, 1975, вып. 47.

26. Баранов Л.А., Лызлов С.С. Анализ погрешностей измерения параметров движения поезда, Вестник ВНИИЖТ, № 6, с. 12-14.

27. Березенко А.И., Березин В.И., Калинин С.Е., Корягин Л.Н. Микро-ЭШ на микропроцессорном наборе серии К589. Электронная промышленность, 1978, вып. 6 (66), с. 49-54.

28. Безопасность движения на линиях BART. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Организация перевозок и автоматизированные системы управления, Х973, № 27, реф. 140, с. 1-3.

29. Валиев К.А., Березенко А.И., Безбородников Б.А. Быстродействующие БИС ТТЛ типа с диодами Шоттки. Электронная промышленность, 1978, 1976, » 5, с. 85-89.-1S5

30. Вериго A.M. Особенности построения допплеровских измерителей скорости и координаты поезда. Вестник ВНИИЖТ, 1980, № 5,с. 57-60.

31. Городские железные дороги в Торонто и Сан-Франциско. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1983, № 3, реф. 117, с. 4-7.

32. Головин В.И. Исследование алгоритмов управления торможением поезда. Вестник ВНИИЖТ, 1981, № 3, с. 16-20.

33. Гюнтер Р., Круг А. ДУ5-800. Система телеуправления на основе микро-ЭВМ. Железные дороги мира, 1980, № 10, с. 53-57.

34. Зимарьков Б.Д. Устройство для измерения скорости и пройденного локомотивом пути. Электрическая и тепловозная тяга, 1974, * I, с. 29.

35. Исаев И.П., Ковальский А.Н. Надежность автомашиниста (САУ-М). Труды МИИТ, 1968, вып. 276, с^ 3-8.

36. Ковальский А.Н. Система автоматического управления поездом метрополитена (САУ41) и ее модернизация. Труды МИИТ, 1968, вып. 276, с. 8-13.

37. Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978 , 512 с.

38. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1977, 832 е.

39. Кекониус 0., Кольберг Н. Автомашинист для Стокгольмского метрополитена. Ежемесячный бюллетень Ассоциации железнодорожных конгрессов, 1967, № 2, с. 44-48.

40. Кривицкий К.А. Автоматическая остановка поезда метрополитена. Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте, 1966, № 3, с. 6-9.

41. Комков Е.В. Исследование алгоритмов торможения поездов метрополитена. Вестник ВНИИЖТ, 1982, с. 24-26.

42. Комков Е.В., Астрахан В.И., Королев С.А. Микропроцессорный контроллер для управления движением поездов метрополитена. Труды ВНИИЖТ, 1982, вып. 650, с. 80-87.

43. Королев А.И.,Завьялов Б.А. Автоматизированная система травления метрополитенами. Серия: Метрополитены. Эксплуатация и технические средства.-ЦНИИТЭИ МПС, 1981, с.1-18.

44. Куренков Н.И. Осевой измеритель скорости и пути. Труды МИИТ, 1978, № 612, с. 47.

45. Лоскутов В.И. Управляющие математические машины. М., Машиностроение, 1967, 432 с.

46. Лондонский метрополитен. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1968, № 31, реф. 65, с. 12.

47. Максвелл В.В. На пути к полной автоматизации Лондонского метрополитена. Железные дороги мира, 1980, № 5, с. 52.

48. Махмутов К.М., Астрахан В.И., Рудич В.Н. Совершенствование управления технологическим оборудованием линий метрополитена. Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте, 1984, № 4, с. 2-4.

49. Метрополитен Лилля транспортная система с полностью автоматизированным перевозочным процессом. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Организация перевозок и автоматизированные системы управления, 1983, № 36, реф. 139, с. 4-8.

50. Морозов А.В., Царев Л.И. Автоматизация управления движением поездов на метрополитенах. Автоматика, телемеханика и связь яа железнодорожном транспорте, 1982, № 4, с. 10-13.

51. Максимов В.М. Аппаратурная погрешность устройства автоматического управления торможением. Труды МИИТ, 1978, № 612, с. 47.

52. Микропроцессорный комплект БИС ТТЛ с диодами Шоттки. Серия К589. Справочные данные, 1977.

53. Открытие первой линии Мюнхенского метрополитена. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1972, № 2, реф. 10,с. 25-37.

54. Опыт эксплуатации дороги BART. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1974, № 23, реф. 133, с. 31.

55. Последние достижения АТР в области автоматического управления движением поездов метрополитена. Экспресс-информация (ВИНИТИ) Городской транспорт, 1973, № 7, реф. 22, с. I-I9.

56. Пульер Ю.М., Лисицын В.М., Астрахан В.И., Максимов В.М., Малеев В.В. Система автоматического управления движением поездов метрополитена. Труды МИИТа, 1971, вып. 370, с. 1-30.

57. Плакс А.В. Влияние случайных факторов на режим движения электропоезда. Вестник ВНИИЖТ, 1974, № 3, с. 20-24.

58. Системы передачи информации на движущийся поезд на линиях Парижского метрополитена. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Городской транспорт, 1974, № 34, реф. 202, с. 15-23.

59. Системы автоматического управления движением поездов, современные тенденции. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Организация перевозок и автоматизированные системы управления, 1973, № 35, реф. 184, с. 12-19.

60. Сообщения БЭИ МАЖ. Железные дороги мира, 1973, № 4 » с. 74-75.

61. Тихменев Б.Н., Т^ахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Учебник для вузов железнодорожного рранспорта. М.: Транспорт, 1980, 471 с.

62. Третьяков А.П., Деев В.В., Перова А.А. и др. Подвижнойсостав и тяга поездов. Учебник. М.: Транспорт, 1979 , 368 с.

63. Фирсов Н.И. Комплексная система автоматического управления поездами метрополитена (КСАУПМ). Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте, 1981, № 10, с. 5-7.

64. Штрелов X., Юбель X. SIMIS система повышенной надежности, построенная на базе микро-ЭВМ. Железные дороги мира, 1979, № 4, с. 48-52.

65. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. Практическое руководство. Пер. с англ. М.: Мир, 1982, 235 с.

66. Юбель X., Дрегер Ю. Измерение скорости и пройденного пути локомотивным прибором системы Д*В. Железные дороги мира, № 3, 1984.

67. Юбель X., Дрегер Ю. Измерение скорости и пройденного пути в системе непрерывной авторегулировки. Экспресс-информация (ВИНИТИ). Организация перевозок и автоматизированные системы управления, 1983, № 43, с. 12-13.

68. Berlin V-Bahn Begins automatic train operation-Railway Gazette Internot, 1980, № 12, 1055-1058.

69. Computer application in rapid transit -Roll

70. Way Engineer InternationaL 1979, vol.4, № 2, p.23-25, № 3,p. 40-42.

71. Cooper 8.K. Chips, processors and prophecies

72. Modern railway, 1978, № 3, p. 454.74.chapront P. automatic train driving -The Jeumont Schneider systeM Railway Engineering International1979, № 5, p. 55-58.

73. Fahrenwold Bill. Qusterity in Clilonta : Striving to woke ends meet RoiLwoy Qge , 1982, 183,13, 29-33.76. ban pel-De, Beijing ; a high Level of ciutomation-International Railway Journal , 1981, 21, № 11,69.76.

74. Microprogramming the Series 3000. Intel Corporation^ Santa Clare }CaliforniQ}US/\9 1975, p. 107.78. ftluller Hans Joachim . dimmer Rudolf, digital automatic brake control (патент иг, кл. B6i Ьз/08, № 2042128, заявл. 20.08.70, опубл. 16.10.80).

75. MaUumaru Н., Soto Т., Aral 7% Miyamoto S., Sumi Y. Total sudway system computer-Hitachi Revue1982, 31, № I, 28-33.

76. IVoulin Bernard, Tondu Qndre : Procecle pour me-Surer La vitese d'un vehiculg sur 1/oil -ferre etdispositff pour sa mise en oeuvre; PalveLey S/\.

77. Патент Франция, кл. G-OI p 7/00, № 2512556, заявл. 10.04,82, опубл. 11.03.83).

78. On aprll 16 president MtHQrerond opens the world's -first unmanned metro Railway Gazette

79. JhternatiOhQl , 1983, 139, № 4, 251-254.

80. Shwatrs Wolder Jorg. automatic 6ra«e control (Патент ФРГ, кл. B6I L 27/04, № 2849008, заявл. II.II.78, опубл. 12.10.81).

81. Seltrac Srings automatic operation to Canada International Railway Journal , 198З, 23, »7, 51,54.55.

82. Thornber J. Signalling and train control of the Hong Kong mass transit railway- Hong Kong Engineering , 1982, 10, № I, 31-37.

83. Welty&.The computer approach to handling more trains Railway Clge , i980, №3, p. 14-18.

84. White Л P. Rapid transit and Integration \ a tale of tWO Cities Modern railmys, 1982, № 39 , 408-414-417.