автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Имитационное моделирование систем управления движением поездов на линии метрополитена

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЕ СЕДЕРАШ МОСКОВСКИЙ ГОСУЛАРСТВЕННШ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(ШИТ)

Р Г Б

ОД На правах рукописи

ШАЛАБАЕВ ЕАКНГЖАН РАМАЗАНОВИЧ

УДК 625.42: 681.5.015

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ НА ЛИНИИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994 г.

'Работа выполнена в Московском государственном университете путей ообшрння (ШТ). ' , '

Научный руководигель - член-корреспондент АТ РФ,

доктор технических наук, профессор Ерофеев Е. В.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Шалягин ,Д. В. кандидат технических наук. ■ Мерная 1. И.

Веду®? предприятие - Екатеринбургский метрополитен.

Зашита состоится _1994 года

! /2. ЧЙСОЕ минут на заседании диссертационного совета

г, к иг>? псковском государственном университете путей со-

л по адресу: Ю:4?'5. ГС^. ¿!ое;аа, ул. Образца. д. 15,

з аудитории я

г^еертгдоЯ можно ознакомиться в библиотеке университета.

■/гзир^ на автореферат ^ двух экземплярах, одаренные печатью, лрооим направлять по адресу совета университета.

Автореферат разослан." " ^¿Е^Р

Ученье еек^с'Тирл диссертационного Совета К 114.05.10., д. т.н., проф., 'й А. Яяжг

ОЕИДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ ^Ша^ность_пдаблеш^ Метрополитены являются взжейшкм транспортным средством, гозволявдим эффективно решить проблему перевозок пассажиров. особенно в больших городах- Псрьяшние качества управления движением поездов на линиях метрополитена достигается путем внедрения современных средств автоматизации, включая системы автоведения поездов, и совершенствования алгоритмов управления. Применение современных тропроцессорных устройств в системах автоведения позволяет реализовать алгоритмы высокой сложности как на поездных устройствах, так и на центральном посту управления. Работа, посвященная разработке алгоритмов централизованного управления поездами метрополитена для системы автоведешя. позволяющих снизить расход электроэнергии на тягу поездов и увеличить степень использования пропускной способности линий, является актуальной.

разработка, исследование и внеяреше алгоритмов централизованного управления движением поездов на яшиях метрополитена, обеспечивающих при сбоях ДЕта:^. скизе-ни& расхода электроэнергии на тягу поездоЕ по сравнения с известны?® способами;

разработка комплексной имитационной модели автоматического управления движением поездов на линии метрополитена, позволяющей исследовать качество различных алгоритмов управления .движением поездов, при случайных возмущениях и сбоях графила движения.

^ТОЗУ^-^сслейования^ 3 работе использованы методы имитационного моделирования. теории вероятностей,

математической статистики, структурного програшфозашя.

"зу?ная_кдвкзнэ выполненной работы заключается в следующем.-

разработана комплексная модель автоматического управления движением поездов на линии метрополитена (КМ А.УДПЖ). учитывающая взаимодействие поездов через систему интервального регулирования, влияние пас-саниропотоков и воздействие случайных возмущающих факторов;

- предложена методика исследования качества ' управления систем автоЕедения на базе комплексной модели АУДПЛМ;

- исс-.едованз степень влияния возмущающих факторов на качество управлений движением поезда;

- разработано и исследовано три новых графиково-интервзльных алгоритма централизованного управления, отличающихся от известных качеством управления и объемом ис-пользуешй информации о движении поездов по линии метрополитена,

проведены исследования интервальных алгоритмов управления, использующих информацию о трех и более впереди идущих поездах;

- проведен сравнительный анализ качества управления систем автоведения. использующих интервальный и графиково-интервальный алгоритмы управления.

Г;рз^1«еская_ценнрсть работы заключается в следующем:

- реализована для использования на персональных компьютерах комплексная модель автоматического управления-движением поездов на линии метрополитена, позволяющая проводить исследования различных алгоритмов управления систем автоведения, включая централизованное управление, с учетом влияния случайных возмущений, взаимодействия с пассакиро-потоками и системой интервального регулирования;

использование комплексной модели автоматического управления движением поездов на линии метрополитена позволяет сократить время и затраты на разработку систем автоведения поездов;

- определено рациональное значение величины допустимого отклонения от графика, при котором происходит переход от графикового к графиково-интервальному управлению;

- разработана техническая документация на графиково- интервальный алгоритм централизованного управления, использущий > информацию-о-всех впереди и,сзади идущих поездах и позволявший совратить расход электроэнергии, при ликвидации сбоя в движении при незначительном увеличении времени вхождения в график-,

Реализация _ результатов., Результаты диссертации были использованы в научно-исследовательской лаборатории "Автоматическое управление движением поездов" МГУПи при разработке и модернизации автоматизированной систему управления движением поездов метрополитена (АСУ да). Разработаншй . графнково-интервальный алгоритм передан для внедрения на Екатеринбургский метрополитен.

Апробация работы. Материалы диссертации догладывались и обсузздались на заседаниях кафедры "Автоматика и телемеханика" Московского государственного университета путей сообщения (ШИТ). на семинарах при кафедре "Электрическая тяга" (АлЖГ) в 1990-1994 гг.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 4-х публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введена". 4-х глав. заключения, списка использованных источников и приложения. Общий объем работы - 159 страниц, в том числе 133 страницы основного машинописного текста. кс

- о -

иллюстраций, 4 таблицы, приложение. Список использованной литература содержит 73 источника.

СОДЕРЙНЙЕ РАБОТЫ В_п§ВШй__ШаЕ§_ " Принципы построения автоматизированию: систем управления движением поездов на линии метрополитена" приводится обзор и классификация систем автоведения к алгоритмов централизованного управления поездами

метрополитена, рассматривается структура автоматизированной системы управления двикением поездов на линии метрополитена (АСУ ДПМ). определяйся критерии, по которым оценивается качество управления двикением в централизованных системах автоведения, ставятся задачи исследования.

Системы автоведения поездов метрополитена (САВБМ) предназначены для автоматизации процесса управления поездами и позволяет улучшить точность выполнения графика двияения , снизить расход электроэнергии на тягу поездов, облегчить условия труда машинистов и поднять производительность труда, увеличить использование пропускной способности линий , повысить безопасность движения. САВШ классифицируется по следущим признакам: по уровню централизации, по аппаратной реализации, по способу расчета программ движения, по месту расположения средств, реализующих эти программы. по числу контуров управления, по степени автоматизации. В функции САВШ! входит определение времен стоянок поездов на станциях и времен хода по перегонам, открытие и закрытие дверей вагонов, трогашь состава с места и разгон, выбор режимов ведения поезда для заданных времен хода, реакция на команда системы интервального регулирования и. при необходимости. подгормаяавание шш остановка состава, а также прицельное торможение на станциях.

Централизованные С1ВПМ позволяет диспетчеру оперативно управлять движением поездов на основе полной и точной информации о степени выполнения графика движения и аффективно действовать при возникновении сбоев в движении поездов.

Системы автоведения внедрены на некоторых линиях Московского, Петербургского. Ташкентского и Харьковского метрополитенов. Разработанная МЖГом и НПО "Алмаз" новая микропроцессорная система автоведения, названная Ш ДПМ, исштана на Харьковском метрополитене и готовится к внедрению на Екатеринбургском метрополитене. Предполагается дальнейшее развитие системы по пути расширения функций центрального поста управления (ЦГОГ) и совершенствования алгоритмов централизованного управления поездами для решения задач управления линией метрополитена при возникновении сбоев в движении.

Алгоритмы централизованного упрзвлепш поездами на линии подразделяются на три класса -графиковые, интервальные и графи-ково-интервзльные. Принцип работы графикового алгоритма заключается в той. что управление отправлением поездов со станции осуществляется с мшшзльнкм отклонением от планового графика движения, при атом используются в допустимых пределах ресурсы времени стоянки и Бремени хода. В интервальных алгоритмах управление времена?® отправления и хода поездов производится по отклонениям от станового интервала движения мевду поездами. Работа графкково-интервальных алгоритмов строится так, что если отююнеиш от графика не превышает некоторой допустимой величины, реализуется графиковый алгоритм управления. В случае, когда отклонения от графика превышает допустимую величину, алгоритм производит выравнивание интервалов двикения мезду поезда®. При атом опаздывающие поезда сокращают времена хода по перегонам и времена стоянок на станциях, а идущие

впереди них увеличивают времена хода так, чтобы сократить интервал попутного следования. Среда графиково-шгервальных алгоритмов известны алгоритмы с возможностью увеличения времени стоянки (ГИ-1) и с возможностью увеличения времени хода (ГИ-2).

Анализ качества управления системы автоведения, использующей тот или иной алгоритм централизованного управления поездами. в работе проводился с учетом сбоев движения, так как основная цель централизованного управления - ликвидация отклонений от 'Планового графика движения с минимальными потерями электроэнергии и времени вховдения в график. Системы автоведения являются слояными. дискретными, нелинейными. системами. Аналитические метода исследования подобных систем применяются при условии. что на систему воздействует "малые" возмущения, не превышащие ресурсов регулирования и не производится учет взаимодействия поездов через систему интервального регулирования. Задача исследования систем автоведения в условиях, когда на линии происходят сбои, выходящие за пределы ресурсов регулирования. эффективно решается с помощью имитационного моделирования на ЭВМ.

Качество управления система автоведения оценивается по следующим показателям: удельному расходу электроэнергии; средаеквадратическим отклонениям от графика или интервала движения; времени вховдения в плановый график; числу остановок по командам системы интервального регулирования в случае-возникновения сбойной ситуации; средней загрузке составов прл заданном пассажиропотоке.

В работе ставятся следущкб зздачи:

разработка имитационной модели автоматического управления двиением поездов на линии метрополитена, позволящей

учесть взаимодействие системы автоведения с системой обеспечения безопасности движения, пассажиропоток и воздействие случайных возмущающих факторов:

- проведение исследований чувствительности системы автоведения поездов к случайным возмущакцим воздействиям;

- исследование САВПМ, использующих графкково-интервзльные алгоритмы централизованного управления и разработка более совершенных алгоритмов, позволяющих улучжгь качество управления;

- исследование систем автоведения. использующих различные интервальные алгоритмы централизованного управления-.

- проведение сравнительного анализа САВЛМ, использующих интервальные и графикоБО-нггервальные алгоритмы централизованного управления.

Алгоритмы централизованного управления движением поездов на линии метрополитена" подробно рзссматрива-ется структура' известных и предлагается несколько нсзых алгоритмов управления. Анализ известных графиково-интервалькых алгорятшв централизованного управления поездами показал, что при возникновение на линии значительного сбоя, особенно в условиях еысокой интенсивности движения, на сбойном участке происходит большое число остановок поездов го командам системы интервального регулирования. Это приводит к перерасходу электроэнергии на тягу поездов. При этом центральный пост управления САВБМ (ЦПУ), шея информации только' с одной впереди и одной сзади лежащих платформ, не вырабатывает адекватные команды управления, так как не обладает шюрмацией о движении поездов по перегонам. Автором предложен графкково'интервзльный алгоритм со многими контрольными точками (ГИ-3). принцип действия которого заключается в следующем-. ЦПУ получает

информации о движении каждого поезда непосредственно с перегоноз. которая Бюшчает в себя моменты прохождения поездами, границ рельсовых цепей. В базе данных компьютера центрального поста управления содершгтся информация о графиковых моментах прохождения поездами границ рельсовых цепей. На основе сравнения полученной и хрзнимой информации центральный пост управления определяет отклонение от графика впереди и сзади идущих поездов и вырабатывает соответствующую команду управления для поезда, готовящегося к отправлении. Таким образом, при возникновении задержи по отправлению п-го поезда, произойдет остановка по АРС следующего за ним n+1-го поезда. Он не пройдет вовремя соответствуй^) границу рельсовой цепи, и эта информация поступит на ЦПУ. что позволяет выработать управляющие команды для следующих п+ш поездов.

Другой предложенный автором графиково-интервальный алго-рятм. учитывающий несколько Епереда идущих поездов (ГИ-4). работает следущим образом: по сигналу прибытия n-го состава на очередаув станщв линии. ЦПУ начинает опрос всех впереди лежащих от него платформ о моментах отправления поездов. Если при этом обнаружен поезд, отклонение по отправлению которого больше некоторого заданного порога Тд(допустамого отклонения от графика).- то дая п-го поезда монет быть выработана корунда на увеличение времени -хода. В случае обнаружения нескольких поездов, значительно отклонившихся от графика, происяодат-определение.максимального отклонения, а изменение времени хода n-го поезда производится оёратно пропорционально удаленности от точки "максимального" сбоя. -Алгоритм также осуществляет ' опрос одной сзади лежащей платформ и определяет величину опоздания сзади идущего (n-l)-ro поезда. Если его отклонение превышает

- и -

допустимое значение, то для п-го поезда вырабатывается команда на увеличение Ерэмени хода с целью сокращения интервала попутного следования между поездами. Для опаздывающих гоездоз вырабатывается команда на сокращение времени хода с целью ликвидации опоздания. Таким образом, управляющее воздействие для каждого поезда вырабатывается на основе информации о выполнении планового графика нескольких впереди идущих и одного сзади идущего поезда. При отклонениях, не превышающих допустимой величины. реализуется графиковый алгоритм управления.

Третий графиково-интервальный алгоритм, учитывавший все впереди и сзади идущие поезда (ГИ-5). предложен автором на основе анализа работы предыдущего и заключается в том. что центральный пост вырабзть;вает команды управления на основе информации об отклонениях не только всех впереди вдутое, но и всех сзади идущих поездов, вплоть до оборотных тупиков. При этом реакция на, отклонение от графика движения происходит независимо от места сбоя (по одному пути) и охватывает большее количество поездов, чем при использовании других алгоритмов. Алгоритм работает следующим образом: по сигналу прибытия п-го поезда на ^ув платформу в момент времени ^[п.з] на основе графикового времени его отправления ^[п^] и фактического времени отправления предыдущего поезда определяется

расчетное время стоянки (1) и интервал по отправлению (2):

тс= - (1)

после чего производится определение программного времени отправления Т0 с учетом ограничений по минимальному времени стоянки Т™1п и минимальному 'интервалу отправления Т^1 :

л о 1С -

^[поз ;

1! + т1

лап с

^ тс "Г • V С V п- V С

то=

фп-х.л + ; при Т > т»ап . т„Л< тГп

ио

IX С

ио ио

(3)

1] + тт1п

^па;

при тп< т^-, т„„< т:

Где

|1ШП

с' "с " "ио' 'ио "

Затем определяются ресурс по интервалу отправления (4),

-ио есть фактический интервал по отправлению "мезаду пип-1 поездами, и максимальные отклонения по отправлению среди всех м-Епереда идущих (5) и 1-сзади идущих (6) поездов вплоть до

впереди и сзади лежзщих оборотных тупиков ¿0Е и -тос:

шР _ шф тПИ-П

ио ИО ИО АТ0В = Нах(ДТ0[кв^в]). где к„ € €п-1,п-2. ... М >,

в

jв € <1+1.3+2,.

лов>;

АТ0С = мах(АТ0[ксос]), где кс € <п+1.п+2. ... I >.

С <3-1,3-2,... лос>.

(4)

(5)

(6)

После этого производится, определение изменения времени хода с учетом ■ колщества впереди лежащих перегонов до станции максимального сбоя К^ и допустимого отклонения от графика Тд: 0. при АТ0С< Тд. АТ0В.

д'?х=

дт

ос

ТД'

при 4Т0„> 1Д. IV Тд; (7)

Мдх(ДТ *К 'к АТ - Т

маАов ио ^в п ос V

при АТ0С> Тд> ДТ0В> Тд; где кп -коэффициент пропорциональности-

В момент графикового времени отправления все расчеты

повторяются с целью учета ситуации на линии, которая может

измениться за время стоянки поезда.

В работе такке проводятся исследования интервального алгоритма, учитывающего переменное количество впереди идущих поездов (И-Ю. Данный алгоритм. построен на основе анализа известных алгоритмов, учитывающих один и два впереди идущих состава. В общем случае, изменение времени стоянки в так® алгоритмах происходи? на основе отклонения от интервала прибытия п-го поезда АТш[п,.Л с учетом изменений времен стоянок для I- ранее прошедших по данной .з-ой станции поездов АТ„и.,Л и соответствующих весовых коэффициентов к иь

А?с = -Ат^п^з + £ к[1].дт (3)

1=1

Изменение времени хода п-го поезда определяется на основе отклонения от интервала отправления, также с учетом изменеый времен хода для х- впереди идущих поездов ДТ^и.Л:

Атх = -ДТК£)[п^] + Е кШ'Ат и.л (9)'

1 = 1

Известно, что величины весовых коэффициентов Ш ] для алгоритма, учшыващего два впереди идущих поезда, значения весовых коэффициентов к [13 и к [23 должны удовлетворять условиям: 0<кШ<1; 0<к[2]<1; к[11+к[2]=1; к[1]>к[23. При этом алгоритм сохраняет устойчивость к возмущениям и обеспечивает компенсацию отклонений от программного графика, возникающих из-за сбоя движения.

Автором с пошщьв имитационной модели проведены исследования. которые показали, что интервальный алгоритм, учитывающий два впереди идущих поезда, сохраняет работоспособность, если значения весовых коэффициентов достаточно близки друг к другу, т.е. когда к[13 * к-[2]. Это позволило упростить расчет величин весовых коэффициентов и разработать алгоритм, учитывающий любое заданное число впереди идущих 'поездов.

В_1Р£1Ь^Е£§§е_"Кок]Лбкскзя модель автоматического управления движением поездов на лиши метрополитена" приводится структура имитационной модели централизованной САВПМ. дается краткая характеристика к назначение составлявших ее модулей, приводится описание взаимодействия и алгоритмов их работы, исследуется зависимость результатов эксперимента от выбора шага моделирования ЬЧ и влияние случайных возмущений на качество управления поездом.

Комплексная модель автоматического управления движением поездов на линии метрополитена (КМ ЩШШ) включает в себя следующие модули-- модуль расчета начального графика движения, который позволяет оперативно изменить начальные условия при моделировании движения поездов с различной интенсивностью;

- модуль ввода исходных данных, в котором содержатся необходимая для моделирования информация о параметрах линии, подвижном составе, входных среднестатистических пассажиропотоках И др. ;

- модуль управления возмущащими воздействиями, с помощью которого мояно задавать, изменять или блокировать воздействие Еозмущений;

- модуль пересчета и аппроксимации характеристик вагона, в котором осуществляется подготовка характеристик вагона для их расчета при различных напряжениях на токоприемнике;

- модуль начальной расстановки поездов на линии, предназначенный для определения фазовых координзт и ввода поездов на линию в начальный момент моделирования;

- модуль подмодели системы интервального регулирования, предназначенный для определения допустимой скорости при сближении поездов и моделировании воздействий системы

безопасности движения на поезда в случаях превышения ими допустимой скорости движения;

- модуль центрального поста управления, в котором реализуются алгоритмы централизованного управления поездами на линии метрополитена и производится расчёт их времен отправления к хода по перегонам;

- модуль стоянки поездов, в котором имитируется посадка и высадка пассажиров на станциях, определяется степень заполнения составов и платформ, производится задержка по отправлению-,

- модуль случайного изменения пассажиропотока, необходимый для учета случайных изменений входящих пассажиропотоков на станциях;-

- модуль управления временем хода на перегоне, в задачу которого входит определение точки выключения тяговых двигателей, а ^акже фиксация и передача на ЦПУ момента фактического отправления поезда-,

- модуль расчета тока двигателя и силы тяги, необходимых для решения уравнения движения;

- модуль случайного, изменения напряжения на токоприемнике, осуществляющий и,итацио, флюктуации питающего напряжения на перегонах; -

- модуль расчета скорости, пройденного пути, расхода электроэнергии, в котором происходит решение уравнения движения поезда;

- модуль случайного изменения основного- сопротивления движению поезда, необходимый для имитации случайных возмущений при движении поезда по перегону;

- модуль прицельного торможения и прибытия поезда, в котором' происходит имитация процесса прицельного торможения на платформе, а также фиксируется фактическое время прибытия

состава кз станцию.

- модуль оборота поездов, предназначенный для моделирована .движения составов на оборотных станциях;

- модуль вывода визуальной информации, который позволяет осуществлять контроль за работой линии на экране ПЭВМ в .графическом или текстовом режимах;

- модуль определения показателей качества управления, с помощью которого осуществляется расчет оценок качества управления движением на линии метрополитена;

- модуль перехода к следующему шагу моделирования, с помощью которого обеспечивается циклическая работа модели;

- модуль вывода результатов моделирования, который обеспечивает сохранение результатов кэадого эксперимента в формируемых для этого файлах.

Модули КМ ЩПЛМ объединяется в отдельные подсистеш: подсистему задания начальных условий моделирования и хранения исходных данных, подсистему АРС. подсистему движения поездов, по "¡систему СЛЕШ, подсистему пассажиропотока и подсистему контроля Программа натесана на языке Turbo-Fàscai-5.5 с кслользовзнием пакета ".urbo-froiessionai, здакзет около 5000 строк требует около 4С0 Кб оперативной памяти

В диссертации проводятся исследования зависимости быстродействия модели и точности расчетов от выбора шага моделирования. С этой целью определяются величины максимальных, средних и среднеквадратических отклонений при выполнении заданныхвремеи хода поездов по перегонам при различных значениях шага моделирования. В работе показано, что достаточная точность моделирования обеспечивается при шаге, равном 0,25 с. При этом получена приешемая скорость расчетов-, например, кз ПК типа IBM-28&--287 один час работы линии моделируется от 10 до 15

кинут, а нз ПК тшз 1вм-386<"387- от 1 до 3 минут. в зависимости от параметров движения.

Реальная система автоведения поездов подвержена влиянию ряда воздействий, которые носят случайный характер и могут оказывать существенное воздействие на результаты ее работы. К тагам воздействиям относятся:

- часовые, внутричасоЕые и суточные изменения входного пассажиропотока РШ на кавдой ,}-ой станции, которые приводят к вариациям массы поезда;

- изменение от перегона к перегону величины питающего напряжения нз токоприемнике и[];

- изменение основного сопротивления . движению поезда ник которое зависит от скорости ветра на открытых участках пути и конструкции тюбингов, то есть от особенностей перегона.

Кроме перечисленных возмущений, ? комплексной модели АУДПЖ учитываются следующие случайно изменящиеся величины:

-в модуле начальной расстановки поездов на линии при работе модели в стохастическом режиме имитируется случайное отклонение по прибытию первоначально вводимых поездов.

-в модуле стоянки имитируется задержка состава в зависимости от количества пассажиров, не успевших осуществить посадку в поезд, а также учитывается случайная составляющая этой задержки.

- в модуле оборота поезда имитируется отклонение по прибытию поезда на станцию из оборотного тупика.

В работе проводятся исследования зависимости качества управления поездом при воздействии указанных случайных возмущений. При этом изменение пассажиропотока достигает 46% от ■ среднестатистического на кавдой станции, основного сопротивления - 10% от расчетного, а напряжения - 25 В от

среднего значения на каздом перегоне. Модель позволяет исследовать качество управления движением при различных законах распределения случайных возмущаадих воздействий- В работе применяется равномерный закон распределения. Количество случайных воздействий на поезда за один час работы . линии составляет от 250 до 450, в зависимости от интенсивности ■движения, число повторных опытов производилось не менее 10 раз. Сравнение различных гистограмм распределения, соответствующих разным сочетаниям возмущающих факторов, показало. что при указг:шых пределах ш. изменений и использовании закона управления временем хода по средней скорости, точность выполнения программного времени хода существенно зависит от изменения основного сопротивления движению. Различная загрузка составов от перегона к перегону оказывает не менее заметное воздействие на качество управления, особенно на перегонах с несколькими включениями тяговых двигателей. Флюктуации питающего напряжения также влияют на точность выполнения графика, но меньшим образом, чем вышеперечисленные возмущения.

Очевидно, что стохастическая модель система автоведения более соответствует условиям работы на реальной линии метрополитена. поэтому оценку качества управления синтезированных алгоритмов необходимо проводить на ее основе. Методика сравнительного анализа алгоритмов заключается в том. что синтезированный алгоритм сравнивается с известным по указанным критериям качества сначала на осноев детерминированной модели с постоян-. ными массами составов. Это дает возможность с малыми затратам:! Бремени четко определить количественные различия мезду двумя САВПМ по качеству управления. На втором этапе необходимо -применить стохастическую модель и проверить значимость полученных качественных отличий при воздействии случайных возмущений-

в работе но критерия Стъюдмгга проводится определение доверительного интервала доя расчетного значения удельного расхода электроэнергии при анализе алгоритмов централизованного управления поездзш . Показано, что математическое ожидание величины удельного расхода электроэнергии с доверительной вероятностью 0.85 леккг в пределах 0.25^ от среднего значения, полученного в результате 10 повторных опытов, ззюпиещйхся в моделировании одного часа работы вы® метрополитена.

^Ьде жроззниэ алгоритмов централизованного управления дшгением поездов на лиши метрополитена" исследуется степень влияния, величины допустимого отклонения от графика на качество управления двиюнеш в САВПМ. использувдей графнково-шгервашзый алгоритм управления. Также определяется условия. необходимые для корректного сравнения алгоритмов иентралгоовэяшго уз^влзния, приводятся результаты эксгориаенгов. полученные Iзри педалировании работы систем автоведэння. использухегах как известные. так и синтезированные алгорть; и производится их сравнение по различный показателя« качества.

Выбор значешш допустимого отклонижя от графика Тд оказывает существенное вяшзш на качество управления системы автовэдения. использргией хрзфйково-шгервалькые алгоритмы. Исследования. проведенные в работе, показали, что рациональное значение этого параметра долшо летать в пределах 15-25 с. При этом обеспечивается достаточно высокая точность выполнения графика и малый расход электроэнергии на тягу поездов- При рдоделироваши этот параметр принят равным 20 с. Для корректного сравнения результатов моделирования, когда ижготруется работа систем автоведенкя. использущих различные алгоритмы управления ^ необкодега проводить энспершзкт при разных

начальных условиях, то есть при одинаковых параметрах движения, на одной линии, с одним и тем же типом подвижного состава, временем и местом сбоя в движении, и т.п.

В диссертации приводятся зависимости удельного расхода электроэнергии, средаеквалратического отклонения от графика, числа остановок по ¿PC и времени - вхоздения 1 в график от величины задержи поезда при различной интенсивности. Движения. При этом производится сравнение .работы систем автоведения, использудап четыре, различных графиково-интервальных алгоритма (ГК-2, ТИ-3. Гй-4. Гй-5). и.четыре интервальных алгоритма. учи-гывакщх различное число впереди идущих поездов. (й-1. И-2. К-3. И-4). По подученным оценкам качества определяется алгоритм, имеющий самые высокие показатели качества - Щ-5. который, позволяет с меньшими на 2-5% затратами электроэнергии ввести поезда в плановый график при сбоях дазшщя. . Это достигается за счет кезначйелького уменьшения быстродействия- время вхождения в график .увенчивается на '2-5 минут, т.е. на 5-10% Некоторые оценки качества (удельный расход электроэнергии Ау, максимальное отклонение по отправлению Т^ах , время вховдения в график Твх , число остановок по' командам системы интервального регулирования Fap„ , количество прибывших поездов за время работы линии Кд ), полученные на детерминированном варианте модели для интервала движения 80 с, приведены в таблице 1.

В соответствии с предложенной методикой сравнения алгоритмов. в работе по критерию Стьвденга определяется значимость-' различий в качестве управления алгоритмов относительно удельного расхода электроэнергии. При этом для каздой САВШ, использущей один из алгоритмов ГИ-2. Гй-3, Гй-4. ГИ-5. Й-2 и И-3, проводилось 10-кратное моделирование одного часа работы линии метрополитена при сбое движения. Получено, что при уровне

Таблица 1.

Показатели качества управления САВПМ с различными алгоритмами централизованного управления

Алгоритмы централизованного управления

Показатели ГИ-2 ГИ-3 ГИ-4 ГИ-5 И-1 И-2 И-3 И-4

Ау'кшчткм 32,46 31,90 31,67 31,38 30,61 32,4 32,04 31,81

„гяах 200 200 200 200 200 200 200 200

V мин. 43 43 44 48 - 52 52 52

гзрс, ед. 69 59 60 55 65 69 69 68

Кп, ед. 505 505 505 505 486 505 505 505

значимости 0-95 предложенные алгоритмы ГИ-3. ГИ-4. ГИ-5 существенно отличаются от известных, а алгоритмы И-2 и й-3 имевгг незначимое отличие.

Графиково-ИЕгервальный алгоритм Гй-5. учитывающий все впереди и сзади идущие поезда, передан для внедрения в САВПМ на первой линии Екатеринбургского метрополитена. Акт о передаче представлен в приложении.

ЗАКЛЮЧЕН!'®

В работе на основе исследований различных способов централизованного управления движением поездов метрополитена методами имитационного моделирования решена актуальная научная задача синтеза новых алгоритмов управления системы автоведения и получены следующие результаты:

1- Разработана комплексная модель автоматического управления движением поездов на линии метрополитена, позволявшая проводить исследования и синтез различных алгоритмов управления центрального поста и поездных устройств

г/.стсм» азтоведения при учете взаимодействия системы гвтоведс-кйя. пассазофопотока к системы интервального регулирования.

2. Определены новые показатели качества, которые позволяют дополнительно оценить эффективность алгоритмов централизованного управления движением поездов на линии метрополитена;

3. Проведен анализ влияния на качество управления системы звтоведения случайно изменяющихся возмущающих воздействий: массы поезда (пассажиропотока), напряжения на токоприемнике, основного сопротивления движению и оценена степень их влияния нз качество управления;

4. Разработан и исследован графиково-интервальный алгоритм централизованного управления поездами со многими контрольными точками на перегоне, анализ которого показал незначительное улучшение оценок качества управления при еысокой сложности реализации в реальных системах автоведения;

5. Разработан графиково-интервальный алгоритм централизованного управления, учитывающий все впереди и сзади идущие поезда. Моделирование САВПМ, использующей данный алгоритм централизованного управления, показало, что по сравнению с другими графикоео-интервальными алгоритмами он обеспечивает меньший расход электроэнергии при вводе поездов в график после сбоя движения при незначительном уменьшении быстродействия;

6. Поставлена и решена задача выбора рационального значения допустимой величины отклонения от графика, которая яелявтся необходимым параметром грзфиково-интервальных алгоритмов;

7. На основе моделирования работы интервальных алгоритмов разработан алгоритм, позволяющий учитывать любое заданное число впереди идущих поездов;

8. Проведеш исследования интервальных алгоритмов, учитыва-

щит различное количество впереди ищущи поэздов. Показано, что увеличение числа учитывает поездов больше двух не приводит к существенному улучшении показателей качества алгоритмов этого типа. Для исследованных интервальных алгоритмов получено подтверадение их способности компенсировать смещение от -программного графика движения при равных весовых коэффициентах;

9. Проведен сравнительный анализ графиково-гйгервальных и интервальных алгоритмов централизованного. управления" поездами: Полученные оценки качества управления показали преимущество разработанного графиково-интервального алгоритма, учитывающего все впереди и сзади идущие поезда.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шзлабаев Б. Р. Моделирование движения поездов на линии метрополитена с учетом воздействия различных случайных факторов на качество управления системы автоведения /Моск. ин-т инж. ж. -д. трансп. им. Ф. Э. Дзершнского. М. 1991. 15с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС. мо 5495 л д. Д91.

2. Шалабаев Б. Р. Алгорэтм центрального поста управления системы автоведэния поездов метрополитена // Меявуз.темат. сб. науч. тр./Омский ин-т инк. я.-д. трансп.-Омск. 1992. С. 87-91.

3. Шалабаев Б. р. Централизованное управление на метрополитене-. проблемы и метода.// Моск.гос-ун-т путей сообщ. (ШТ) М. 1993. С. 9. Дзп. в ШИШИ ШС. м0 5899 к. д. 93.

4. Шалабаев Б. Р. Способы централизованного управления поездами в системах автоввдения на метрополитене//Сб. нзуч. тр. АЛЙИТ: Повышение надежности и эффективности использования транспортных средств-' Алма-Ата. 1993. С. 30-35

_______

1ЙАЛАБАЕВ БАКЫТЖАН РАМАЗАНОВИЧ ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ

НА ЛИНИИ МЕТРОШШТЕНА 05.13.07. Автоматизация технологических процессов и производств

(транспорт)

Сдано в набор

формат 60x90 1/16. Усл.печ.л.

Подписано к печати Заказ Тирах 100 зкз.