автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Автоматическое регулирование рельсовых цепей на участках железных дорог с пониженным сопротивлением изоляции

! 1 О

1 о ФЕВ 1997

ЛШНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи УДК 656.256.3:656.259.12

КОЗЛОВ Вячеслав Васильевич

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ НА УЧАСТКАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ С ПОНИЖЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ИЗОЛЯЦИИ

Специальность

05.22.08. - ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

(включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

АВТО РЕФ ЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва- 1997

ШНИСТЕГСТБО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИЙ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЙТКРЬГШЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи Уда 656.256.3:656.259.12

КОЗЛОВ Вячеслав Васильевич

АВТО МАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ НА УЧАСТКАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ С ПОНИЖЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ИЗОЛЯЦИИ

Специальность 05.22.08.- Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блонировхи)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения.

Научный руководитель:

| - кандидат технических Наук, доцент Калабин В.И.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Иванченко Б.Н.

- кандидат технических наук, доцент Беляков И.В.

Ведущая организация - Служба сигнализации и связи

Горьковской железной дороги.

Защита состоится »/<5 "¿/¿¿у? 1997 г. в час. на заседании диссертационного совета К 114.09.03 при Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения по адресу: г.Москва, 125808, ГСП-47, Часорая ул., 22/2, ауд.\2_£.

Автореферат разослан " ^ 1997 г.

Отзывына автореферат, заверенные печатью, в 2-х экз. просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук Терёшина О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Необходимым условием обеспечения железнодорожным транспортом потребностей страны в грузовых и пассажирских перевозках является надежное функционирование устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

Основными системами железнодорожной автоматики, в наибольшей степени определяющими безопасность движения поездов и пропускную способность участков железных дорог, являются автоматическая блокировка и электрическая централизация.

В указанных системах в качестве датчиков свободности участков пути используются рельсовые цепи. Кроме того, рельсовые цепи обеспечивают контроль исправности рельсовой линии и передачу информации на локомотив.

Ответственная роль рельсовых цепей сопровождается их относительно невысокой надежностью. Это обусловлено непрерывным воздействием различных дестабилизирующих факторов окружающей среды на рельсовую линию. Проблема осложняется существующей тенденцией постепенного загрязнения верхнего строения пути различными сыпучими грузами, теряемыми с подвижного состава.

Следствием влияния перечисленных негативных факторов является понижение сопротивления изоляции рельсовых цепей. Приблизительно пятая часть от всех рельсовых цепей на сети железных дорог эксплуатируются при сопротивлении изоляции, меньшем нормативной величины (I Ом км). Имеются участки, где сопротивление изоляции принимает значения менее 0,05 Ом-км.

Пониженное сопротивление изоляции существенно влияет на работоспособность рельсовых цепей. Отказы по причине пониже-

ния сопротивления изоляции составляют около 16% от общего количества отказов рельсовых цепей, а на отдельных направлениях их доля увеличивается до 70-80$.

В настоящее время работоспособность рельсовых цепей с пониженным сопротивлением изоляции достигается путем уменьшения предельной длины рельсовой линии. Однако положительный эффект повышения устойчивости работы рельсовых цепей в этом случае сопровождается увеличением необходимого количества аппаратуры на один километр пути.

Потенциально более эффективным способом решения проблемы пониженного сопротивления изоляции является использование на загрязненных участках саморегулирующихся (адаптивных) рельсовых цепей. Известны попытки создания опытных образцов адаптивных рельсовых цепей. Однако ряд нерешенных технических проблем, связанных с обеспечением требований безопасности, существенно ограничивают данное перспективное направление совершенствования рельсовых цепей. Поэтому проблема дальнейшего развития теории и совершенствования технических решений адаптивных рельсовых цепей в настоящее время достаточно актуальна.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в разработке принципов построения и классификации систем автоматического регулирования рельсовых цепей (САР Щ), функциональных схем САР Щ и устройств контроля параметров адаптивных Щ, а также в разработке рекомендаций по проведению синтеза аппаратуры адаптивных ГЦ и методик оценки погрешности регулирования САР РЦ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем: - введено понятие и дано определение оптимального закона регулирования САР Щ, а также предложены технически рзали-

зуемые приближенные законы регулирования первого, второго и третьего рода;

- разработана классификация САР Щ;

- разработаны функциональные схемы замкнутых, компенсационных и комбинированных САР Щ и функциональные схемы контроля регулируемых параметров адаптивных Щ;

- получены аналитические выражения для вычисления предельных критериев работоспособности адаптивных РЦ;

- разработаны методики оценки динамической погрешности регулирования замкнутых и методической погрешности регулирования компенсационных САР Щ.

• ПРАКТИЧЕКАЯ ЦЕННОСТЬ. Приведенные в работе функциональные схемы замкнутых, компенсационных и комбинированных САР Щ, а также результаты теоретических исследований являются основой для инженерных разработок аппаратуры САР для всех эксплуатируемых в настоящее время и перспективных типов Щ. Результатом работы является также опытный образец блока дискретного замкнутого автоматического регулирования кодовых РЦ при электротяге переменного тока.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Опытный образец блока дискретного регулирования кодовых РЦ прошел успешные линейные испытания на Горьковской железной дороге. Теоретические результаты работы использованы при разработке аппаратуры системы контроля свободности перегона на основе адаптивной Щ повышенной длины в ДКТБ Горьковской дороги.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры "Автоматика и телемеханика на ж.д. транспорте" РГОТУПСа (1992-1996 г.г.) и на техническом совете службы сигнализации и связи Горьковской

- б -

железной дороги (1993-1996 г.г.).

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения работы изложены в трех статьях. Технические решения защищены 20 авторскими свидетельствами и патентами.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения. шести глав, заключения, списка использованной литературы (94 наименований) и приложения. Работа содержит 176 страниц, из них: текста 122, иллюстраций 30, таблиц 3, приложения 14 и библиографии 7.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Бо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и приведен критический обзор выполненных ранее исследований по данной тематике.

В первой главе изложены основные принципы построения и классификация САР РЦ.

В самом общем виде САР Щ представляет собой управляющее устройство, которое воздействует на РЦ, как на объект регулирования. Управляющее устройство формирует управляющий сигнал, изменяющийся во времени в соответствии с определенным законом регулирования у(О.

Среди множества возможных законов регулирования существует оптимальный по критерию: №<-П{Ншв,кор, где [{шн .Аод- критерии адаптивной РЦ к наложению нормативного шунта и к обрыву рельсовой линии (РЛ).

Оптимальный закон регулирования определяется выражением:

У опт Г^ = Х-1Гпиг[£М)], где . И - коэффициент пропорциональности, ипцт(@и)- функциональная зависимость требуемой величины нал-

ряжения питания Щ от сопротивления изоляции РЛ при свободном и исправном ее состоянии, а также при постоянном уровне сигнала на входе путевого приемника.

Построение оптимальной САР Щ, обеспечивавшей регулирование в соответствии с оптимальным законом, является идеальным конечным практически недостижимым результатом синтеза САР Щ. Возможность технической реализации САР Щ достигается путем замены оптимального закона регулирования приближенными. В зависимости от характера изменения управляющего сигнала в шунтовом и контрольном режимах адаптивной РЦ предложены математические модели приближенных законов регулирования первого, второго и третьего рода.

Реализуются приближенные законы регулирования с помощью различных типов САР Щ, классификация которых представлена

на рис.1.

Рис. I. Классификация САР РЦ.

Замкнутые САР Щ характеризуются наличием обратной связи с переменной структурой, обеспечивающей стабилизацию сигнала на входе путевого приемника только в нормальном режиме. В зависимости от характера изменения сигнала на входе путевого приемника при свободном состоянии РЛ они подразделяются на апериодические и автоколебательные. Для обеспечения"хране-ния" величины управляющего сигнала в шунтовом и контрольном

режимах замкнутые САР РЦ снабжаются элементом памяти. Необходимым условием "хранения" является непревышение сигналом на входе путевого приемника уровня надежного отпадания. Основным преимуществом замкнутых САР РЦ является высокая точность стабилизации сигнала на входе путевого приемника. А недостатком - идентичность реакции на воздействие различных дестабилизирующих факторов: понижения сопротивления изоляции и постепенного обрыва РЛ.

Особенностью компенсационных САР РЦ является наличие измерительного устройства, фиксирующего величину сопротивления изоляции в РЛ. В зависимости от принципа действия измерительного устройства компенсационные САР Щ подразделяются на локальные и интегральные. В первом случае определение фактической величины сопротивления изоляции РЛ основано на измерении входного сопротивления, а во втором случае - фазового коэффициента РЛ. Основным преимуществом компенсационных САР ГЦ является избирательность реакции на воздействие различных дестабилизирующих факторов, а недостатком - относительно невысокая точность стабилизации сигнала на входе путевого приемника. Комбинированные САР РЦ объединяют отличительные признаки и преимущества замкнутых и компенсационных САР ГЦ.

Упрощенные основные функциональные схемы замкнутой, компенсационной и комбинированной САР Щ представлены на рис.2-4.

Все типы САР РЦ предполагают реализацию традиционной аппаратуры рельсовой цепи АЩ с управляющим входом. При заданном коэффициенте передачи рельсовой линии РЛ величина сигнала на входе порогового элемента ПЭ путевого приемника линейно зависит от величины сигнала на управляющем входе АЩ.

• Замкнутая САР Щ содержи? интегратор Ш, управляемый

трехпозипионный релейный элемент УРЭ и элемент задержки ЭЗ. Управляемый трехпозицион-ный элемент УРЭ формирует дискретный сигнал одного из трех уровней: положительного, отрицательного, либо нулевого, а интегратор ИН обеспечивает соответственно увеличение, уменьшение, либо поддержание на заданном уровне управляющего сигнала. УРЭ может быть реализован с зоной и без зоны нечувствительности. В обоих случаях переключение выходного сигнала УРЭ на высокий уровень возможно только при наличии логической единшы на управляющем входе УРЭ. Элемент задержки ЭЗ фронтов логического сигнала на выходе ПЭ исключает увеличение управляющего сигнала при кратковременной потере шунта. Замкнутые САР РЦ реализуют приближенные законы регулирования

В компенсационной САР Щ аппаратура рельсовой цепи выполняется с информационными выходами, к которым подключаются соответствующие входы измерителя разности фаз ИР£. Измеритель разности фаз кро-Рис.З.Компенсационная САР Щ. ме типовой фазочувствитель-

ной схемы содержит функциональный преобразователь, формирующий необходимую функциональную зависимость величины управляющего сигнала САР ГЦ от ве-

РЛ

Рис.2. Замкнутая САР Щ.

первого или второго рода.

РЯ

личины сдвига фазы сигнального тона в РЛ. Б некоторых случаях компенсационная САР Щ может быть дополнена элементом памяти ЭП, который обеспечивает "хранение" величины управляющего сигнала при наложении шунта или обрыве РЛ. Компенсационная САР РЦ с элементом памяти формирует управляющий сигнал в соответствии с приближенным законом регулирования первого рода, а без элемента памяти - третьего рода.

Б комбинированной САР РЦ основной управляющий сигнал формируется на выходе блока компенсационного регулирования БКР. С целью коррекции инструментальной погрешности измерительного устройства в составе БКР комбинированная САР РЦ снабжается блоком замкнутого регулирования БЗР и сумматором С. Динамический диапазон изменения управляющего сигнала на выходе БЗР соответствует ожидаемой инструментальной погрешности измерительного устройства.

Устойчивость адаптивных Щ к опасным отказам достигается путем дублирования (троирования) аппаратуры САР Щ и дополнения ее аппаратурой контроля, удовлетворяющей требованиям первого класса надежности. Основная функциональная схема контроля, содержащая вычитатель В, управляемый напряжением генератор ГУН, полосовой фильтр Ш и пороговый элемент ПЭ, представлена на рис.5.

Схема контролирует равенство управляющих сигналов дублиро-Рис.5. Схема контроля. ванных САР Щ. Признаком ис-

АН! Ч—г ПЭ -

г' ' БКР БЗР-

Т

Рис.^Комбинированная САР Щ.

,ПР А / &а .

правности дублированных САР Щ является наличие импульсного сигнала на выходе ПЭ. Повреждение' одной из дублированных САР РЦ либо элементов схемы контроля вызывает отключение импульсного сигнала.

Во второй главе выполнены исследования основных режимов работы адаптивных Щ с оптимальной САР.

Получены выражения для вычисления предельных комплексных критериев адаптивной РЦ с оптимальной САР к наложению нормативного шунта: ЛР

Ра/где - волновое сопротивление РЛ,

- сопротивление нормативного шунта, /V - аппаратурный коэффициент, и к обрыву РЛ:

,ПР /

где: £ - постоянная земляного тракта,

Р - коэффициент поверхностной проводимости.

Модуль и аргумент комплексных критериев/^,^ Кор характеризуют уменьшение амплитуды и изменение фазы сигнала на входе путевого приемника электрически длинной-Щ с оптимальной САР при наложении шунта или обрыве в середине РЛ.

Получены также выражения для вычисления критерия Нор при обрыве РЛ на питающем конце электрически длинной адаптивной Щ с оптимальной САР.

Для ограниченной Щ:

Ми -

.опт

Для неограниченной Щ:

а>опг-±Гу. £Е{77Гр(3.'ехн+?&)7 ....

0/1 + Ъ-(3б)

где - входное сопротивление между средней точкой питаю-

щего дроссель-трансформатора и землей,

«у'

TLßXH ~ обратное входное сопротивление аппаратуры питающего конца.

В результате исследования выражений (1-3) разработаны рекомендации по проведению синтеза аппаратуры оптимальных адаптивных Щ, работоспособность которых характеризуется пре-

у пр ¡/ЯР

дельными критериями пШц}Г\ср к наложению нормативного шунта и к обрыву РЛ. Установлено, что в ограниченных оптимальных адаптивных РЦ величина ¿дхо обратных входных сопротивлений аппаратуры питающего и релейного концов равна волновому сопротивлению РЛ при минимальном сопротивлении изоляции, а в неограниченных определяется соотношением . Определена зависимость частоты сигнального тока оптимальных адаптивных Щ от минимального сопротивления изоляшш РЛ.Установлено также, что при частотах сигнального тока, превышающих оптимальную величину, ограничивающим режимом адаптивных ЕЦ является контрольный. В диапазоне частот сигнального тока 25 Гц..2кГц при аппаратурном коэффициенте //= и коэффициенте поверхностной проводимости р^О предельный критерий Нор* обрыву РЛ изменяется в пределах 1,63...1,85.

Быбор соответствующих частот сигнального тока позволяет обеспечить работоспособность адаптивной оптимальной РД в шун-товом и контрольном режимах при значениях минимального сопротивления изоляции до 0,005 Ом км. В частности при A/-i,6, минимальных сопротивлениях изоляции 0,01; 0,02; 0,03; 0,05 Ом-ки

и соответствующих частотах сигнального тока 725; 325', 225;

- . ипР ипР

75 Гц критерии Г\шн к наложению нормативного шунта и Нор к

обрыву РЛ принимают значения в диапазоне 1,72...1,85. Во всех случаях ограничивающим фактором предельной длины оптимальной адаптивной РЦ является только мощность источника питания Щ при заданном соотношении сигнал/помеха на релейном конце РЦ.

Во второй главе выполнены также исследования работоспособности типовой кодовой Щ 25 Гц при электротяге переменного тока с оптимальной САР. Рассмотрены случаи аналогового и дискретного регулирования напряжения питания РЦ. Контрольный режим рассчитывался по известной методике при обрыве в середине РЛ и А/~1,6. В шунтовом режиме рассматривались случаи наложения нормативного шунта по концам и в середине РЛ. В процессе

-. - ,- и ОПТ

вычисления критерия/\шц установлено, что при длинах РЦ 0,5... 2,5 км и минимальном сопротивлении изоляции^.<0,12 Ом км критическое место наложения шунта находится в середине РЛ, а ^"См} °«12 км пеРеме!Чается на релейный конец.

В результате исследования адаптивной кодовой Щ с аналоговым оптимальным регулированием установлено, что независимо от .длины РЛ минимальная шунтовая чувствительность с критерием Ншн а 1>4 обеспечивается при значениях минимального сопротивления изоляции до 0,04...О,05 Ом*км. Критическое сопротивле-

1/опт

ние изоляции, определяемое по минимуму критерия/Гор , принимает значения в диапазоне 0,04...0,08 Ом-км. При увеличении сопротивления изоляции свыше критической величины чувствительность к обрыву РД в адаптивной РЦ монотонно возрастает. А

„опг

минимальное значение критерия К0р при длинах РЦ 0,5...2,5 км и любых величинах сопротивления изоляции составляет не менее 1,53.

В случав дискретного регулирования кодовой Щ минимально допустимое сопротивление изоляции, верхняя граница зоны нечувствительности САР РЦ и соответственно допустимый коэффициент перегрузки сигнала на входе путевого приемника зависят от количества ступеней регулирования.

Третья глава посвящена вопросам анализа и синтеза замкнутых САР Щ.

С учетом особенностей эксплуатации замкнутых САР Щ предложены следующие критерии их структурного и параметрического синтеза:

- устойчивость к опасным отказам;

- эксплуатационная надежность;

- динамическая погрешность регулирования.

Количественная оценка первых двух критериев на этапе

структурного синтеза замкнутых САР РЦ затруднена. Однако их качественный анализ позволяет выбрать рациональный вариант структурной схемы.

В частности для достижения высокой эксплуатационной надежности в качестве элементной базы САР Щ должны использоваться микроэлектронные элементы. Б этом случае устойчивость САР Щ к опасным отказам достигается дублированием САР. Обязательным условием работоспособности дублированных САР является их синхронизация. Сравнительный анализ известных линейных и нелинейных замкнутых САР показал, что наиболее просто синхронизацию дублированных участков удается реализовать в релейных САР. В релейных САР величина управляющего сигнала определяется только моментами переключений релейного элемента. Поэтому для синхронизации дублированных САР достаточно обеспечить синхронность переключений их релейных элементов.

Для достижения максимальной эксплуатационной надежности структурная схема должна содержат}» минимальное количество функциональных блоков. Этому требованию удовлетворяет релейная САР непрямого действия, содержащая последовательно соединенные релейный элемент, элемент задержки, интегратор и объект управления. Причем в некоторых случаях, с целью упрощения схемных решений, вместо элемента задержки и интегратора целесообразно использование инерционного элемента.

Задача параметрического синтеза релейных САР РЦ заключается в выборе параметров релейного элемента, времени '¿ó запаздывания элемента задержки и постоянной времени 7" интегратора, либо инерционного элемента.

Параметры релейного элемента определяются верхней и нижней границами динамического диапазона Л ^изменения сигнала на входе путевого приемника в нормальном режиме.

Диапазон возможных значений времени запаздывания

элемента задержки определяется соотношением: to Со< ,

сТГ /тах

гдо £0 - максимально возможное время потери поездного

шунта

_'П

оЧ /та*

¿Щ _ максимальная скорость изменения напряжения Х/р

vr;uP

максимальная скорость изменения напряжения О^о на входе порогового элемента в нормальном режиме, иср - напряжения нижней границы динамического диапазона и срабатывания путевого приемника. Возможные значения постоянной времени интегратора определяются соотношением:

ЛШЧА*

Swr ' 4 jrWxJVkt ,

ÍУвых J¿/max

- Iô -

где Л, lût - коэффициентусиления и уровень дискретного сигна' Лла на входе интегратора,

шах

ВЫ* ~ максимальное значение сигнала на выходе интегра-

и

тора,

'¿-лл - максимальная длительность переходного процесса на входе путевого приемника при наложении шунта на'РЛ.

В третьей главе выполнены исследования динамической относительной погрешности регулирования замкнутых САР Щ,определяемой по формуле:

ST7г /Vp^-Uptto^)!

ЦК*)

где Up (éoj¿j) ~ величины напряжения на входе путевого приемника в нормальном режиме при U^^CODié в моменты времени ¿о непосредственно перед вступлением подвижного состава на FU и сразу после ее освобождения.

Получена формула для оценки с погрешностью не более 8% верхней границы возможных значений

Щ:

siT'H

где .у' У dRui - относительная скорость измене-

ния сопротивления изоляции в РЛ. В результате исследования устойчивости замкнутых САР РЦ установлено, что они относятся к автоматическим системам первого порядка и поэтому устойчивы.

Анализ переходных процессов в замкнутых САР Щ выполнялся с помощью метода фазовых портретов.

Исходя из фазовых портретов выведены формулы для вычисления периода Tq автоколебаний в замкнутых релейных САР Щ

без зоны нечувствительности.

В релейных САР Щ с интегратором:

- 4РГ

В релейных САР Щ с инершонным элементом:

где ^, 3 - соответственно входной и выходной параметры релейного элемента.

Четвертая глава посвящена вопросам анализа и синтеза компенсационных САР НД.

Методическая погрешность регулирования компенсационных локальных САР Щ в шунтовом режиме полностью совпадает с динамической погрешностью регулирования замкнутых САР и поэтому оценивается по методике, изложенной в третьей главе. В контрольном режиме погрешность регулирования вызывает уменьшение управляющего сигнала и соответственно может не учитываться.

Для оценки методической погрешности регулирования компенсационных интегральных САР без элемента памяти в шунтовом и контрольном режимах оптимальной адаптивной Щ используются

следующие формулы:

днТо^-е

-сЦ Е и+2/>)

ор

В результате исследования методической погрешности компенсационных интегральных САР РЦ без элемента памяти установлено, что характер влияния частоты сигнального тока на вели-

чину погрешности регулирования в шунтовом и контрольном режимах прямо противоположен. Увеличение частоты сигнального тока связано с увеличением погрешности регулирования в шунтовом режиме и с уменьшением - в контрольном. Причем в отличии от шунтового режима погрешность регулирования в контрольном режиме не зависит от величины сопротивления изоляции РЛ. При частотах сигнального тока ^ > 200 Гц погрешность регулирования в контрольном режиме вызывает уменьшение чувствительности адаптивной РЦ к обрыву РЛ не более чем на Ь%, а закон регулирования практически совпадает с оптимальным. Снижение чувствительности н обрыву РЛ при /е = 25 Гц составляет 20%. Погрешность регулирования в контрольном режиме не зависит от скорости изменения переходного сопротивления в точке обрыва РЛ.

Погрешность регулирования компенсационной интегральной САР ГЦ без элемента памяти в шунтовом режиме принимает большие значения. В частности при частоте сигнального тока = 25 Гц и минимальном сопротивлении изоляции 0,01; 0,02; 0,04; 0,08 Ом-км погрешность регулирования вызывает уменьшение чувствительности к наложении нормативного шунта соответственно на 28", 34', 39; 44 %%. Увеличение частоты сигнального тока до 725 Гц связано с. дополнительным снижением шунтовой чувствительности до значений соответственно 44; 47; 50*, 51,5%£. При дальнейшем увеличении частоты сигнального тока величина погрешности регулирования остается практически постоянной. Величина погрешности регулирования в шунтовом режиме не зависит от длительности нахождения подвижного состава на РЛ. Поэтому компенсационную интегральную САР без элемента памяти целесообразно использовать для построения адаптивной Щ повышенной

длины, применяемой на участках железных дорог с полуавтоматит ческой блокировкой. - ,

В четвертой главе выполнен анализ адаптивной кодовой РЦ при электротяге переменного тока с компенсационной интегральной САР с элементом памяти. Анализ контрольного режима, который является ограничивающим, проводился на основании традиционного критерия с учетом погрешности регулирования.

Выполнен синтез функционального преобразователя компенсационных САР адаптивной кодовой Щ при электротяге перемённо-го тока.

Выбрана структурная схема функционального преобразователя, содержащая последовательно соединенные первое корректирующее звено, блок формирования экспоненциальной функции, реэис-торный делитель и второе корректирующее звено.

В качестве первого корректирующего звена используется масштабный операционный усилитель, который применительно к интегральным САР включается по схеме сумматора.

Зависимость выходного напряжения Цвых второго корректирующего звена от напряжения на его входе ]/вх для локальных САР определяется выражением:

где А^ - коэффициент передачи резисторного делителя,

/Си - коэффициент передачи между параметром {ф7 и напряжением на выходе измерительной схемы.

Указанная зависимость для интегральных САР определяется

из системы нелинейных уравнений: Увых~1В1, /Л

гл.-ъе**-"**

¿в* к' 1 2в ¿вхк'

На основании метода кусочно-линейной аппроксимации фун-кЧии<!^=^£^)разРаботана структурная схема второго корректирующего звена функционального преобразователя. Структурная схема содержит определенное количество операционных усилителей, каждый из которых моделирует соответствующий участок аппроксимирующей функции.

В пятой главе выполнены исследования схем контроля параметров адаптивных РЦ.

Используемый в составе схем контроля управляемый напряжением генератор вырабатывает сигнал прямоугольной формы. Указанный вид сигнала определяет особенности работы избирательных элементов схем контроля.

Для построения амплитудно-частотных характеристик избирательных элементов второго и третьего порядка использовался метод гармонического синтеза. Получены аналитические выражения для определения формы кривой сигнала на выходе фильтров нижних и верхних частот. В результате исследования АЧХ последовательного колебательного контура в составе схемы контроля равенства управляющих сигналов предложены рекомендации по выбору величин добротности колебательного контура и уровня срабатывания порогового элемента при заданной асимметрии управляющих сигналов.

Расчет избирательных элементов шестого порядка выпол-

нялся частотным методом. Входной сигнал представлялся в виде суммы ограниченного числа гармонических составляющих. Для каждой гармонической составляющей входного сигнала на основании известных комплексных коэффициентов передачи рассчитывались гармонические составляющие выходного сигнала, суммированием которых и определялась функция выходного сигнала. Быполнена оценка погрешности вычисления АЧХ фильтров, возникающая в результате ограничения бесконечного ряда гармонических составляющих входного сигнала.

В шестой главе разработаны структурная и принципиальная схемы адаптивной кодовой РЦ при электротяге переменного тока с дискретным регулированием напряжения питания.

На питающем конце кодовой Щ устанавливается регулирующее реле комбинированного типа. Его контактами коммутируются обмотки преобразователя частоты. На релейном конце монтируется контрольное реле типа АНШ2-1600 и блок АР ЙД, конструктивно выполненный в корпусе реле Uli. Приведена принципиальная схема блока АР Щ. Блок содержит два независимых и практически синхронно работающих комплекта с включенными на выходах малогабаритными регулирующими реле первой и второй ступеней регулирования. Контроль исправности первого и второго комплектов обеспечивает схема соответствия положения контактов регулирующих реле с контрольным реле на выходе. Каждый из комплектов блока АР РЦ содержит схему выдержки времени, логические элементы И и элементы памяти первой и второй ступеней регулирования. В качестве элементов памяти используется операционные усилители, охваченные положительной обратной связью. Блок АР РЦ работает в режимах "слежения-хранения" в зависимости от состояния фронтового контакта сигна-

льного реле Ж1.

Опытный образец блока АР прошел успешные линейные испытания на одном из участков Горьковской железной дороги. По результатам испытаний "сделан вывод о работоспособности блока АР и о правильности выбранных принципов построения систем автоматического регулирования РЦ.

Приведено технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения блока АР РЦ.

В заключении изложены основные научные и практические результаты диссертационной работы.

В приложении принедены в виде графиков результаты расчетов адаптивной кодовой РЦ, структурные и принципиальные схемы, а также документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Введено понятие и дано определение оптимального закона регулирования САР Щ, а также предложены технически реализуемые приближенные законы регулирования первого, второго и третьего рода.

2. Разработаны классификация САР РЦ, функциональные схемы замкнутых, компенсационных, комбинированных САР Щ и функциональные схемы контроля параметров адаптивных РЦ. Еыполнен сравнительный анализ различных типов САР РЦ.

3. Выведены аналитические выражения для вычисления критериев адаптивной РЦ с оптимальной САР к наложению нормативного шунта и к обрыву рельсовой линии.

4. Разработана методика проведения параметрического синтеза аппаратуры питающего и релейного концов адаптивной РЦ,

позволяющая определять оптимальные величины обратных входных сопротивлений аппаратуры и частоты сигнального тока.

5. Выполнены исследования работоспособности адаптивной Щ с оптимальными параметрами и оптимальной САР в шунтовом

и контрольном режимах, а также исследования адаптивной кодовой Щ при электротяге переменного тока с оптимальной САР с плавным и дискретным регулированием напряжения 'питания.

6. Предложены критерии структурного и параметрического синтеза замкнутых САР Щ, выполнены оценка их динамической погрешности регулирования и исследования устойчивости.

7. Выполнена оценка методической погрешности регулирования компенсационных САР Щ. Проведены исследования адаптивной Щ с оптимальными параметрами и компенсаиионной САР в шунтовом и контрольном режимах, а также аналогичные адаптивной кодовой Щ при электротяге переменного тока с компенсаиионной САР и плавным регулированием напряжения питания. Выполнен синтез функционального преобразователя компенсационных САР Н1.

8. Разработаны рекомендаиии по выбору параметров элементов схемы контроля равенства управляющих сигналов на выходах дублированных САР и схемы контроля напряжения перегрузки на входе путевого приемника.

9. Разработан опытный образец блока автоматического замкнутого регулирования напряжения питания кодоеых РЦ при электротяге переменного тока.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Калабин В.И., Козлов Б.В., Панов В.Н. Автоматическое регулирование кодовых рельсовых иепей. Автоматика, телемеха-

ника и связь, 1992, № 8, с. 24-27.

2. Козлов В.В. Предельные критерии работоспособности адаптивных рельсовых цепей. Межвуз. сб. научных трудов ВЗИИТа 1993, с.84-87.

3. Козлов В.Б. Рельсовая цепь. АС № 1766753, 1992 г.

4. Козлов В.В. Рельсовая цепь. АС № 1654086, 1991 г.

5. Козлов В.В. Устройство для сравнения напряжений. АС № 1758862, 1992 г.

6. Козлов В.В. Рельсовая цепь. Патент № 2001803, 1993 г.

7. Козлов В.В. Рельсовая цепь. Патент № 2016801, 1994 г.

8. Козлов В.В. Рельсовая цепь. Патент № 2048345, 1995 г.

КОЗЛОВ Вячеслав Васильевич

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ НА УЧАСТКАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ С ПОНИЖЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ИЗОЛЯЦИИ

. 05.22.08. - Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

Подписано к печати27.0/. /997 г.

Формат бумаги 60*90 1/16 Объем 1,25 п.л.

Заказ <53. Тираж 100 зкз.

Типография РГОТУПС. Часовая ул., 22/2