автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Устройство классификации сопротивления изолирующих стыков для систем интервального управления движением поездов

На правах р;-мэпиш

ШороховНиюлай Сергеевич

УСТРОЙСТВО КЛАССИФИКАЦИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ СТЫКОВ ДЛЯ СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО УПРАВПЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ

Специальность 05.13.05,-«Элементы н устройства вычислительной техники и систем управление

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на сонсканнеученой степени кандидата технических нау к

Самара-2006

? абота выполнена в Сам ар сю й государственной акс,емии путем сообщения на кафедре «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

Н^чный руководитель доктор технических на/к,профессор

ТАРАСОВ Евгений Михайлович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ВАСИН Ниюлай Николаевич, кандидат технических нгр к ЗАСОВ Валфий Анатольевич.

Ведущая организация: Закрытое Акционерное Общество Научно -производственный центр информационных и транспортных систем (ЗАО НПЦ ИНФОТРАНО

Защита состоится «21» декабря 2006 года в 1500 чаоов на заседании диссертационного совета Д 218011.01 при Самарской Государственной академии путей сообщения по адресу: 443066, г. Самара, 1-ый Безымянный пер, 18, СамГАПС, аудитория 5216, корпус 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарской государственной академии путей сообщения.

Отзывы на автореферат в двух экземпл^ах, заверенные гербовой печатью организации, проаш направлять по адресу диссертационного совета академии.

А вгореферагг разослан «21» ноября 2006 г.

У ч ен ьй секр етар ь ди соер тацион но го ос Д218Л11 j01 K.T.H., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных требований, предъявляемых к современным системам управления и контроля движением поездов, является обеспечение надежности и отказоустойчивое™ их фу н тнон иро ван и я на заданном уровне и исключение влияния отказов отдельных компонентов схем на безопасность всей системы. Одним из основных элементов со временных систем интервального управления движением поездов являются электрические рельсовые цепи, являющиеся первичным датчиком информации о свободности, занятости или неисправности рельсовых линий. Вместе с тем рельсовые цепи являются самым ненадежным элементом систем интервального управления д ни жен и ем п о ешо в (СИУ Д П) ■

Отказы рельсовых цепей приводят к задержкам поездов, следовател ьно, к экономическим потерям, а также «нарушению безопасности движения. В связи с этим, проблема повышения надежности функционирования рельсовых цепей и эффективноста их технического обслуживания является весьма актуальной.

Одним из основных элементов рельсовых цепей являются изолирующие стыки, позволяющие электрически разграничивать блок— участки перегонов, для устройства систем автоблокировки на перегонах и электрической централизации станций.

Общее количество отказов рельсовых цепей ежегодно уменьшается, но отказы изолирующих стыков продолжают увеличиваться. Если в 2003 г. из общего числа отказов рельсовых цепей на изолирующие стыки приходилось 29%, то в 2004 г. у же 30%, а за девять месяцев 2005 г. - 31 °А

Причиной повышения количества отказов изолирующих стыков является увеличение веса поезда до 9000 т, при среднем весе 6300 т, количестве вагонов в поездах до 100, скорости движения поездов до 120-140 км/ч, наличие в пути деревянных шпал с просроченной эксплуатацией.

Используемые в настоящее время методы контроля не обеспечивают качественной оценки состояния сопротивления стыков, а трудовые затраты на выполнение профилактических работ неадекватны конечному результату и не в состоянии заметно повысить надежность их работы. Кроме тош,установленная периодичность проведения регламентных работ в большинстве случаев не

позвдляетобнфуживать предотказное состояние и предупреждать появление как защитных, так и опасньк отказов.

Одним из путей повышения надежности функционирования рельсовьк цепей является создание средств контроля стыка путем непрерывного дистанционного наблюдения сопротивления стыка, отслеживания динамики его изменения и оказание дежурному персоналу помощи в установлении необходимости проведения организационных и технических мероприятий, повышающих оопротивленнеиэоляции стыка.

Диссертационная работа выполнялась в рамках хоздоговорные и госбюджетных НИР, проводимых на кафедре АТС СамГАПС, со таено «Перечню основньк проблем железнодорожного транспорта для первоочередного финансирования ночных исследований» (утвержденному МПС от 26.122002 г. №Я-1272у), выводов и рекомендаций Второй и Третьей между народ ньк научно - практических юнференций «Транс ЖАТ - 2004» и «Транс ЖАТ - 2006», проводимых депфтаментом ЦШ ОАО «РЖД>> в 2004 и 2006 гг. в г. Санкт-Петербурге,

Цель работы и основные задачи исследования. Целью работы является научное обоснование и создание устройства классификации сопротивления изолирующих стыков для систем интервального управления движением поездов, обладающего расширенными функциональными возможностями и повышенной точностью определения величины сопроти тения изоляции. Дл я достижения цепи был поставлен комплекс зацэт:

• проведение обширного ретроспективного и перспективного анализа существующих способов и устройств контроля изолирующих стыков;

• разработка математичесюй модели рельсовых цепей с учетом сопротивления изолирующих стыков смежных рельсовых линий с целью исследования и выявления их пфаметров, описывающих состояние изолирующих стыков;

• разработка методики построения классификатора сопротивления изолирующих стыков на основе информации множества входньк и выходных параметров смежных рельсовых цепей;

• разработка опорной функции'классификатора, позволяющего вычислять величину сопротивления стыка по информации множества электрических параметров;

• разработка многоряаного алгоритма МГУ А на основе принципов самоорганизации моделей претендентов с целью выявления наиболее оптимальной опорной фунщии;

• разработка методики определения допустимой погрешности измерения информативных параметров для определения требований к технической реализации преобразователей фаз, напряжений и токов;

• техническая реализация устройства классификации сопротивлений изолирующих стыков и внедрения его в комплексе систем ИУДП.

Методы исследования. Решение сфор мул про ванн ьк в диссертационной работе зад да базируется на применении теории электрических цепей, теории самоорганизации, методе группового учета аргументов. В процессе работы над диссертацией теоретические и экспериментальные исследования были тесно взаимосвязаны. Для разработки моделей применялись методы математичесвдго моделирования на ЭВМ с провернэй получен ньк результатов путем сравнения с экспериментальными исследованиями распространения сигналов по рельсовым линиям.

На у чна я но визна.

1. На основе проведенного анализа способов контроля сопротивлений изолирующих стыков сформированы новые принципы построения устройства классификации сопротивления стыков, заключающиеся в том, что используя информацию множества параметров сигналов с одной и с другой стороны изолирующего стыка, опорная функция разделяет множество сопротивлений стыка на конкретные области и затем, используя измеренную текущую информацию параметров сигналов, определяет принадлежность вычисленной величины к конкретной области сопротивлений изоляции.

2. Разработанные математические модели смежных рельсовых цепей в виде четырех полюсных схем замещения и л полюсных схем замещения изолирующих стыков, позволяющие исследовать влияния величины сопротивления изолирующего стыка на области существования параметров сигналов на входе и выходе рельсовых цепей, и получить граничные величины

сопротивлений стыков на переходе из исправного в неисправное состояние рельсовых цепей, а также сформировать множество знамений информативных параметров для формирования опорной функции.

3. Разработанная методика выбора единственной опорной фунщии из множества методом группового учета аргументов на основе принципов самоорганизации моделей, позволившая получить оптимальную опорную функцию, вычисляющую сопротивление изолирующего стыка с минимальной погрешностью.

4. Разработанная методика определения допустимой погрешности измерения информативных параметров с использованием заранее определенной опорной Зунедии в виде полинома Колмогорова-Габора на основе критериальных оценок.

Обоснование и достоверность результатов диссертации

Да сто верность новых результатов обусловлена использованием адекватные методов исследования: теории электрических цепей, теории рельсовых цепей, теории самоорганизации, рекомендации обоснованы корректными математическими выкладками и результатами расчетов. Достоверность полученных результатов подтверждена совпадением теоретических и эксперимаггальных данных с погрешностью, не превышающей 6%.

Основные положения работы, выдвигаемые на защиту:

- математические модели смежных рельсовых цепей в виде четырех полюсных схем замещения и п полюсных схем замещения изолирующих стыков позволяют исследовать изменения напряжений, тою в и их фазовых соотношений на входе и выходе рельсовых цепей с учетом изменения сопротивления изолирующих стыков и изоляции рельсовых линий;

- методика формирования единственной опорной функции в условиях изменения сопротивления изоляции рельоовых линий на основе принципов самоорганизации моделей с множеством параметров — аргументов опорной функции обеспечивает вычисление величины сопротивления изолирующего стыка с погрешностью, не превышающей 6% при изменении сопротивления изоляции отОД до 50 Ом* км и длинах смежных рельсовых линий до 2£ км;

- мелодика определения допустимой погрешности измерения параметров позволяет определить диапазон погрешности измерения амплитуд и фаз сигналов, не превышающей 0,1 %;

- предложенное и созданное устройство классификации сопротивления изолирующих стыков, имеющее относительную инвариантность к изменению сопротивления изоляции в широюм диапазоне ее измерения, обеспечивающее требуемый диапазон измерений сопротивления изоляции.

Практическую ценность работы составляют:

По результатам проведенных теоретических исследований разработано устройство классификации сопротивлений изолирующих стыков для СИУДП, позволяющее:

- добиться относительной независимости измеряемой величины сопротивления стыка от изменения сопротивления изоляции рельсовых линий от 0,1 до 50 Ом* км;

- расширить диапазон правильного фунгашонирования в условиях воздействия сопротивления изоляции;

• диагностировать и прогнозировать состояние изолирующих стыков за счет архивации величин сопротивлений;

• выявлять кратковременную потерю изолирующих свойств стыка в случае воздействия юлесных пар движущегося поезда благодаря непрерывному определению сопротивления стыка;

- непрерывно определять сопротивление изолирующих, стыков с погрешностью, непревышающей 6%.

Разработанное устройство контроля сопротивления изолирующих стыков внедрено в существующую систему технической диагностики на Куйбышевской железной дороге- филиале ОАО «РЖД».

Реализация результатов работы осуществлена путем внедрения устройства классификации оопротивлашя изолирующих стыков на ст. Безымянка Куйбышевской жд. — филиала ОАО «РЖА) в нэмплексе АСДК в системе АРМ «ШН» и АС «Ш». Результаты внедрения позволили обеспмить непрерывный контроль величин сопротивления изоляции стыков на главных путях станции при изменении сопротивления изоляции в широюм диапазоне.

s

Результаты работы используются также в учебном процессе СамГАПСпри выполнении лабораторных работ и чтении лекций по курсам «Математическое моделирование устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи», «Измерения в устройствах автоматики и телемеханики».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно - практической конференции «Безопасность и логистика транспортных систем» (Самара, 2004г.); II Международной научно — практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (Самара, 2005г.); внутри ву зове шх конференциях «Дни студенческой нгуки» (Самара, 2005-200бп\), технино-эмономических советах Куйбышевской, Южно -Уральской железных дорог филиалов ОАО «РЖД>, заседаниях ночных семннфовэлектротехнического факультетаСамГАПС.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций, 1 патент.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четърет глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Материалы диссертации изложены на 134 страницах основного текста, содержат 9 таблиц, 51 рисунок и 3 приложения на 56 страницах. Список использованных источников содержит 88 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задами исследований.

В первой главе проанализированы стали cm чес кие данные об отказах в работе рельсовых цепей и выявлено, что одним из основных возмущающих факторов, влияющих на работу рельсовых цепей, является пробой изоляции изолирующих стыков, на долю которого приходится более 30 % всех откатов рельсовых цепей.

Вопросами мониторинга состояния величины сопротивления изолирующих стыков посвящены труды радаученьк, среди которых необходимо

отметить Брыпеева A.M., Дмитреню И.Е., Кр^щова ГОА., Алексеева В.М., Лунева СЛ. и др, которые внесли значительный вклад в развитие систем диагностики состояния изолирующих стыковрельсовьк цепей,

В главе рассмотрены методы и средства контроля изоляции изолирующих стыков. Анализ показывает, что все они имеют невысокую точность контроля, высокую чувствительность к изменению сопротивления изоляции, низкую надежность и сло>мш в технической реализации.

В работе сформулированы новые принципы контроля сопротивления изолирующих стыков рельсовых цепей, удовлетворяющие требуемой точности измерения. Суть их в том, что в определенном промежутке времени измеряется величина напряжений и тонов на выходе и входе смежных рельсовых целей в нормальном режиме и используя измеренные значения в качестве аргументов

изолирующего стыка.

В главе 2 рассмотрен новый подход к разработке математических моделей рельсовых целей, учитывающий сопротивления изолирующих стыков смежных рельсовых цепей, позволяющих получить алгебраические выражения для вычисления комплексных амплитуд напряжений и токов на входе и выходе смежных рельсовых линий для формирования опорной функции классификатора состояний сопротивления изолирующих стыков.

Рельсовые цепи всех типов долины надежно защищаться от взаимного влияния при электрическом замыкании изолирующих стыков. Защита рельсовых цепей переменного тока осуществляется или чередованием полярности источников питания смежных рельсовых цепей или применением кодирующих сигнальный то «устройств с различными временными интервалами.Импульсные рельсовые цепи постоянного тока защищены соблюдением у изолирующих стыко в различной полярности питания.

В работе обобщенная схема замещения рельсовых цепей (рис. 1) представлена в виде - трех каскадно соединенных четьрехполюсников основной [Ат], [А,,,«,], [А«о] и смежной [AhJ, [Ари], [Ад] рельсовых цепей, которые замещают, соответственно, устройства согласования в- начале рельсовой линии, а также рельсовую линию и устройства согласования в

вычисляется величина сопротивления

конце сажной рельсовой линии. [Аст] п — полюснг;«, замещающий изолирующие стыки.

1<

IA-J

[A^ol

(ActI

ll

ElApn«] (bllt

ia„|

IA„]

Рис. I. Схема замещения смежных рельсовых цепей

В расчетах основных режимов работы рельсовых цепей сопротивление изолирующих стыков условно принимают равными бесконечности, при этом взаимной утечки токов не происходит. Реально сопротивление изоляции стыков постоянно изменяется под действием разнообразны* процессов, что подвергает со проти вл ен и е изо л иру ющих стыюв постоянному изменению. Поэтому с учетом изменений сопротивления изоляции и длины рельсовой линии, а следовательно, и изменения напряжений на питающем гонце, токи утечки с основной рельсовой цепи в смежную, и наоборот, будут изменяться.

В рельсовых цепях с изолирующими стыками при электротяге, непрерывность тягою го тока обеспечивается с помощью дроссель — трансформаторов (ДГ), у юторьк в смежньк рельсовых линиях средние точки первичных путевых обмоток, подключенных к рельсовым линиям, соединены между ообой перемычкой. Наличие перемычки соединяющей средние точки ДГ вносит существенное изменение в схему замещения, т.к. при изменении изолирующих свойств любого стыка происсодит ассиметрия значений тою в в пол у об мотках, что приводит к частичному, а то и полному насыщению сердечника и к потере трансформирующих свойств ДГ, а также появляется до пол нитея ьн ь»1 путь перетекания сигнального тока из одной рельсовой цепи в другую. Поэтому при разработке математических моделей наличие дросселъ-р ан сфор матеро в необход и мо учитывать.

В работе получена матрица [Aj-параметров изолирующих стыков с учетом наличия дроссепь— трансформаторов. Обобщенная схема изолирующих стыков с двумя ДГ представлена на рис. 2.

_[Акт]_^

I, 1^1 [Ail ¡АЛ tj

t,

"ft

i

[AJI Ъъсп

Z-H-T,

«I

Рис.2. Многополюсники, замещающие изолирующие стыки:

сопротивление то ко про водящей пфемычки; сопротивление первнчньк полуоб моток дроссель — трансформаторов, релейного и питающего юнцов;

гэсп^эсп- сопротивления эквивалентные Яст,

Эквивалентные сопротивления стыков Х^сп и Ъхп> в работе, определены как параллелшо включенные сопротивления Лг-,., и 2Ь, а также и 2э. Сл едо вател шо;

2 _ Дел

+ ^cpi *

z,

(D

где — резисшвные составляющие сопротивления стыков, —

известные в теории рельсовых цепей эквивалентные сопротивления утечки токов по земляному тракту:

г, = 2Е2В^\ + 2р , - при наличии ДГ, (2)

7, =2£ге1/1 + 2р(с<Аг,/, при отсутствии ДГ, (3)

р — коэффициент по верх но стой проводимости, 1/ и длины смежных рельсовых цепей, Е — постоянная земляного тракта, у — вторичные параметры рельсовых целей.

Матрицы коэффициентов [А]], [Аз] {рис. 2 ;,*мно го пол ю <зш ю в дроссеги трансформаторов имеют вид:

2 2

о

г

'33 — '11

о

_ 7 -¿5-7 'и 7 'з:

2и

г» 2 2 1

7

(4)

2» г„ 7 -г 'и ^ - 'зз 'и 7 '31 * — '31 'и 0

1 2„ г,! 0

2« 2„

г» ■'»'13 I

2 7

2,3 7. '11 7 'и '13 '13 1

(5)

Значения коэффициентов матриц [Щ параметров для дроссель-рансфор мало ров различных типов в работе определены через физические параметры компонент дроссел ь-тр ансформаторов,

С учетом полученных матриц [А)], [А3] и схемы замещения (рис. 2) в работе исследовано влияние напряжения источника смежной рельсовой цепи на приемник основной, а также влияние на величину напряжения на приемнике основной РЦ, параметров смежной РЦ. Для этого схема смежной рельсовой цепи представлена в виде рис. 3:

Рис. 3. Схема замещения активной -основной рельсовой цепи и пассивной

- смежной

" Основная рельсовая цель представлена в вид^—источника питания Е, чеггьрехполюсника рельсовой линии [Ар*,], приемного реле Ъц^ — анодного сопротивления юнца основной рельсовой цели. Соседний блок - участок представлен, как пассивная электрическая цель — эквивалентными сопротивлениями: 2,кнс- четырехполюсник входного сопротивления начала рельсовой цепи, состоящий из типовых коэффициентов, г™- входное сопротивление четырехполюсника [А,].

Уравнения состояния схемы, представлена нарисЗ. имеет вид:

где:

= (Й» • + -С^)- А™ + (/(„ • + •£>,„)■ С™ )■ А„

+ (к + )• + .В + вт ■ О^)- £>~)-С„; = (И„ + -С^У А™ + {л_. в„ + в_ • о,„)-с™). вш

+ (Й- + ■ О' в™ + ■ + .О^)- £>")■ £>„; (7)

^ = ((С„ • + ■ С,„). А™ + (С„ •5,„+£)„. )•

+ ((С„-Л + ■ С_> В™ + (С„ - В „ + />_ - О.)-ДГ )<Ц ^ = ((С- '-V + Ош ■ С,.)-Л™ + (С„£>,„)• С™)-.+ ((С„ • + ■ С,„)- В" + (С„+ О™)- 0„

Соотношение (б) является математической моделью основной рельсовой цепи и позволяет исследовать процесс изменения токов и напряжений на приемном реле основюй РЦ в зависимости от величины сопротивления изолирующих стыков при пассивной схеме смежной РЦ.

Во втором случае эквивалентная схема замещения имеет вид (рис.4.):

Рис.4. Электрическая схема замещения смежных блок-участков: комплексное сопротивление приемного репе, — входное сопротивление в юнце основной рельсовой линии, 2^.,. - входное сопротивление смежной рельоовой цели от напала Основная и смежная рельсовые цепи представлены в виде юнца и нетала, а также входных сопротивлений рельсовьк линий.

Уравнения состояния схемы (рис. 4) имеют вид:

Ас =

У

где:

^ = (к. ■ аш + в„ -с„)-+ (Аа + />„)■/„)• Аш

+ ((с„+ £>„ ■ С„).+ (С„. В + • О> /„)• С; = (Сс_ ■ Ат + £>„ • С. ) • /, + (с„ ■ £_ + Л„ ■£>„)■ /5,) •

(9)

Соотношение (8) является математической моделью влияния источника смежной рельоовой цепи, на приемник основной РЦ и позволяет последовать процесс изменения токов и напряжений на приемном реле основной РЦ в

зависимости ог величины сопротивления изолирующих стыков П(Г; пассивной схеме основной цепи.

С помощью полученных основньк схем замещения и разработанных математических моделей в работе проведены исследования изменения напряжений и тоюв в смежных рельсовых цепях при изменении сопротивления изолирующего стыка от ОД до 30 Ом и изменения сопротивления изоляции от 0,1 до 50 Ом*км. Установлено, что значения напряжений и тоюв на входе н выходе смежных рельсовых цепей зависят от изменения сопротивления изолирующего стыка, т.е. могут быть использованы в качестве информативных параметров, х ар актер и зу ющих состояние сопротивления стыка, но изменение сопротивление изоляции рельсовых линий существенно влияет на области существования входных и выходные электрических пграметровн следовательно, области п фесе каются н поэтому диагностировать состояние сопротивления стышвотдельными пфаметрами невозможно.

В работе, для юнтроля сопротивления изолирующих стыков, предложено использовать совокупность параметров, характеризующих сопротивление изолирующих стыков.

В главе 3 разработана методика построения оптимальной опорной функции классификатора состояний сопротивления изолирующих стыков на основе принципов самоорганизации моделей.

Решение задачи синтеза классификатора состояний сопротивления изолирующих стыков связано с определением наиболее информативных пграметров, характеризующих состояние электрического сопротивления изолирующих стышв, с отысканием оптимальных опорньк функций, определяющих пространство состояний сопротивления изолирующего стыка н разработкой решающих правил разделения пространства расстояний сопротивления на классы.

Для решения поставленных задач была предложена структурная схема классификатора состояний сопротивлений изолирующих стышв (рис. 5).

Рис.5. Струстурная схема классификатор а состояний сопротивления изолирующих стыко в:

ии - комплексные амплитуды напряжения и тока на входе сме»иой

рельсовой цели; (Л. - комплексная амплитуда напряжения на выходе основной рельсовой цепи; - сопротивления нагрузки, защиты и ограничения

тока смежной рельсовой цепи; - сопротивления нагрузки, защиты и

ограничения тока основной рельоовой цепи; - четьресполюсннк основной рельсовой линии; - четьрехподюсник стыка; \А\р,п - четырехполюсник

смежной рельсовой линии; БК- блок коммутошш; БФ - блок фильтров; АЦП — аналого-цифровой преобразователь; МП — микропроцессор с опорной функцией; БАИ-блок априорной информации; УИ-устройство индикации.

Рельсовая линия, с изолирующими стыками, как многополюсник с распределенными параметрами х растеризуется входными и выходными элекгрическими параметрами, в качестве которых эффективно использовать:

— амплитуды и фазы напряжений и токов на выходе основной рельсовой цепи;

— амплитуды и фазы напряжений и токов на входе смежной рельсовой цепи.

Учитывая, что ток иа выходе рельсовой Цепи связан с напряжением через входной импеданс классификатора состояний рельсовой линии, который имеет постоянную величину, и следователшо, как информативный параметр неэффективен. Поэтому его амплитуда и фаза исключаются из множества параметров, характеризующих состояние сопротивления изолирующих стыков..

Множество образов, сформированных с использованием указанных шести признаков, имеют вид:

т, = К.К. 1;у,К>и°,>К .2......2,3.

¿=1 - нор мал ьный режим; /=2 - шунто вой режим, /=3- контрольный режим.

При определении величины сопротивления изолирующего стыка классификатором каждому знамению сопротивления стыка должна соответствовать однозначная функция классификатора. Данное условие может быть реализовано процедурой многомерной интерполяции сопротивления изолирующего стыка опорной функций. В качестве набора параметров в интерполирующей опорной функции используется множество информативных параметров, которое минимизируется процедурой исследования информативности с учетом интерполирующих свойств опорной фикции.

Задача разработки опорной функции состоит в необходимости нахождения зависимости:

К(Х) = /(*„ ..,*„). (Ю)

где/;- выходная характеристика, а*/, х„— значения параметров.

Значения X измеряются или определяются с помощью эксперимента на математической модели, и при разработке опорной санкции они уже известны. В качестве й. задаются числовые знамения сопротивления изолирующего стыка от минимального до максимального возможного знамения.

V., <Ри л, к 1

и.г <Рч I» к

и* <Р» I» ии к п

« * 4 * * * ::: :::

Р.. р». и:. < г.

где <рф /,> щ— входные параметры одной рельсовой цепи (содной стороны изолирующих стыков);

- выходные параметры смежной рельсовой цепи(с другой стороны

изолирующего стыка);

П, гг,...,г„- вектор столбец знамений сопротивления изолирующего стыка на этапе определения коэффициенте в опорной функции.

Необходимым условием самоорганизации является: исходная матрица информативных параметров вида (И), являющаяся исходной выборной; задача постепенного усложнения структуры моделей; пороговый отбор: критерий селекции, определяющая цель по строения системы.

В результате моделирования на математической модели или измерений, формируется матрица значений параметров и соответству ющих им сопротивления стыков Я (11), а в качестве вида опорной фунщни классификатора состояний сопротивления изоляции стыка используется полином Колмогорова- Габора вида:

г(х)=с0 + £с,х, + ¿¿с,^ + (12)

1-4 <-1 )»I |Н

Вьражение(12) сучегом(И) будет иметь вид:

с0 + с1и,+сг^1+- ч-с>„+- = г,

• + + ■

с0 + с,и„ + сг<ры+- ~Гя

Из этой системы уравнений определяются С,,* коэффициентов полинома опорной функции. При этом вся система имеет вид:

у- Л. Л. V). и* С. 1

/» V« С,

Л, Г» щ, ...

» • ■ » * * » 1 * » ш ■ ■ » 4 * ; С= с. ; Л =

Й- < С* гт

При использовании поликома опорной фуныши вида (13) большой размерности, матрица решающих уравнений получается плохо обу сношен нон, что вызывает дополнительные трудности при решении системы нормальных уравнений. Для решения этой проблемы в работе использованы приемы метода самоорганизации моделей.

В качестве критерия селекции при построении оптимальной опорной функции классификатора сопротивлений изолирующего стыка методами самоорганизации удобно применить величину погрешности классификации вида:

5(Д) = |тах[(2(Л,)-^)/ф И.2Д...,« (15)

Пфебор множества моделей — претендентов в теории самоорганизации осуществляется методами группового учета аргументов, которьй состоит в рекуррентном решении нескольких систем нормальных уравнений, составленных для каждой пары информативных параметров и для новых знамений сопротивлений стыка о. Гг......г».

Интерполяционная задгна, решаемая с помощью алгоритмов МГУ А, сводятся к прямому восстановлению опорной фуншнн по небольшому числу заданные точек. Алгоритмы МГУ А воспроизводят «ему массового отбора параметров с целью усложнения вида опорной функции. При этом полное описание состояний сопротивлений изолирующих стыков единственной решающей функцией заменяется несколькими рядами «частных» опорных функций:

1 - рад: </,' =/(*„*,), <1\ =/(*„*,),..., >;5 =

2-ряа: Д % = /<<*{,лД...

3-ряд: (¡1 = тд.

На рис. 6 представлена структурная схема многорядного алгоритма МГУ А.

Рис.6.Графическая иллюстрацияапгоритмовформироваиияопориьк функций

МГУА

Входные аргументы и промежуточные переменные сопрягаются попарно, и слоиатость опорной функции на каждом ряду обработки информации возрастает, пока не будет получена единственная опорная функция оптимальной ел о »но ста.

После определения коэффициентов опорных функций появляется возможность исследования относительной погрешности интерполяции опорной функцией сопротивления изоляции стыка.

На рис. 7 представлены результирующие графики погрешности определения сопротивления стыка опорными функциями различной сложности при использовании сочетаний, состоящих из2-^6 параметров.

Число параметров

Рис. 7.Графики максимальных погрешностей определения сопротивления изолирующего стыка в зависимости от количества переменных параметров в

опорной функции

Анализ результатов исследований показал, что наименьшей погрешностью интерполяции (5=4,23%) обладает сочетание совокупности фаз напряжения и тока на входе смежной рельсовой цепи и фаза напряжения на выходе основной рельсовой цепи, следовательно, эти сочетания необходимо использовать в опорной функции оптимальной сложности.

Четвертая глава посвящена технической реализации устройства классификации состояний сопротивления изолирующих стыков с оптимальной опорной функцией в виде полинома Колмогорова-Габора.

Принципы реализации базируются на предложенньк и разработанных в главах 2 и 3 математических моделях и полученной опорной функции вычисления сопротивления изолирующих стыков вида:

Л^,Т|с)^,,) = 404.0545 + 399.9697^(^,Т|г) + 5.187^ +

+ г.зззз^.чо^. + о.оовдрл))1 + 0.0)бб^„

Классификатор состояний величины сопротивления изолирующих стыков реализуется на основе микроконтроллера CPUG86E формата Micro PC и периферийных устройств стандарта Micro PC Максимальная погрешность вьмислення сопротивления изоляции изолирующего стыка не превышает6%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ причин отказов рельсовых цепей проявил их рост из-за изолирующих стыков, с 29% в 2003 году до 31% в 2005 году. Одной из причин, приводящей к сбоям в работе и отказам изолирующих стыков, служит использование технических средств с истекшим ер о мэм эксплуатации. Применяемые в настоящее время принципы и устройства контроля величины сопротивления изолирующих стыков проблему не толью не решают, но и обладают недостатками, которые существенно ограничивают их использование. Предложенное устройство повышает точность и достоверность определения величины сопротивления изоляции стыков и реализует алгоритм контроля сопротивления изолирующих стыков на основе измерения текущих значений тоюв и напряжений рельсовой цепи, что свидетельствует о постоянном и непрерывном юнтроле величины сопротивления.

2. Разработанная математическая модель изолирующих стыков смежных рельсовых цепей в виде 4-х полюсньк схем замещения рельсовой линии и n-полюсных схем замещения изолирующих стыков позволила исследовать пространство изменения напряжений и токов, а также их фаз, относительно места установи стыков. Показано, что величина напряжения на приемном реле сильно зависит от величины сопротивления стыка и изменении сопротивления изоляции рельсовых линий, что может привести к появлению информации о «ложюй» занятости и «ложной» свободное™ при определенном сочетании параметров. Так, при одном пробитом стыке и уменьшении сопротивления второго стыка до 4-х Ом напряжение на реле от смежного источника превышает значение напряжения срабатывания, и возникает ситуация нарушения безопасности функционирования.

3. Разработана методика определения опорной функции из множества, методом группового учета аргументов на основе принципов самоорганизации моделей, которая позволила добиться получения единственной решающей функции, путем многоряцной селекции, опорньк функций, с минимальной погрешностью. При этом, в первом ряду селекции из 15-ти опорньк функций наибольшей информативностью, или наименьшей погрешностью, обладает функция второй степени сложности и дгумя параметрами (ф1е, Ч,1е),

d(R)=4^3%. Во втором разу проанализированы четыре опорные функции, и наибольшей информативностью облапает сочетание (ф!с, У,« ср2о), 6(R)=8,19%. В третьем ряду - 3 опорные функции, из которых максимальной информативностью облапает сочетание (ф|С, Ч^, <pjQ),5(R.)=5,55%.

4, Разработана методика определения допустимой погрешности измерения параметров с использованием опорной функции в виде полинома Колмогорова-Гэбора второй степени сложности, которая определила диапазон допустимой погрешности измерения амплитуд и фаз не пр евыш ающей 0,1 %.

5. При участии автора на базе проведенных исследований создано устройство классификации сопротивления изолирующих стыков на основе микроконтроллера CPU 686 Е формата MicroPC и перифернйньк устройств, стандгрта MicroPC, юторое способно функционировать в жестких индустриальных условиях. Разработанное и отлаженное программное обеспечение классификатора состояний сопротивления изолирующих стыков обеспечивает его функционирование в реальном времени. Максимальная погрешность вычисления устройством классификации сопротивления изолирующего стыка для систем интервального управления движением поездов не превышает 6%,

Основные положения диссертации опубликованы на 7 печатных работах, в том числе:

1 Куров М.Б., Тарасов Е.М., Шорохов Н.С. Особенности синтеза решающей функции при определении первичных параметров рельсовых линий // Сборник материалов научно — практической конференции с международным участием «Безопасность и логистика транспортньк систем».- Самара: СамГАПС, 2004.- С.31-32.

2 Шорохов Н.С, Куров М.Б. Принципы построения устройства контроля сопротивления изолирующих стыю в // Сборни к научньк трудов студентов и аспиранта в №6.- Самара: СамГАПС, 2005.- С. 112-113,

3 Шорохов Н.С. Эксплуатационные отказы изолирующих стыков. 2-я Межиунродная научно - практическая конференция «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта», 2005 г. Самара : СамГАПС,2006.- с. 196-197.

4 ШорохоиМ.С, Тарасов Е.М. Мероприятия по повышен и ^надежности изолирующих стыков рельсовых цепей. Сборник научных трудов студентов и аспирантов №7,- Самара : СамГАПС,2006.- С.158-159.

5 Куров МБ., Шорохов Н.С Разработка математической модели смежных рельсовых цепей с учетом изолирующих стыков // Известия Сам ар с го го научного центра РАН «Проблемы железнодорожного транспорта на современном этапе развития», Самара: СНЦ РАН, 2006, С. 91-93.

6 Тарасов Е.М, Куров М.Б., ШороховН.С., Левченю A.C., Митрохин Ю.В. Устройство юнтроля сопротивления изолирующих стыков / Положительноерешениепо заявке Ка 2005112600 от01.06J06.

7 Астров ВА., Тарасов Е.М., Шорохов Н.С. Определение вида решающей функции и решающих правил в системах железнодорожной автоматики и телемеханики // Известия Самарского ночного центра РАН «Проблемы железнодорожного транспорта на современном этапе развития», Самара: СНЦРАН,2006,С. 71-73.

Шорохов Николай Сергеевич Устройство классификации сопротивления изолирующих стыков для систем интервального у правления движением поездов 05.13 Л 5 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления Подписано в печать 17.112006 г, Формат60*90 1/16. Бумага писчая. П ечать оперативная. Усл. печ. листов ] ,5. Тираж 100 экз. Заказ №215 Отпечатано в Самарской государственной академии путей сообщения, г. Самара, ул. Заводское шоссе, 18.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ

СТЫКОВ.

1.1. Анализ отказов в работе рельсовых цепей и их элементов.

1.2 Причины возникновения отказов изолирующих стыков.

1.3 Конструкции изолирующих стыков.

1.4. Меюды и средства измерения изоляции изолирующих стыков.2/

1.5 Мероприятия, направленные на улучшение изоляционных свойств стыков.

Выводы по главе 1.

Глава 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ С УЧЕТОМ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ СТЫКОВ СМЕЖНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЛИНИЙ.

2.1 Схема замещения смежных рельсовых цепей с учетом изолирующих стыков.

2.2 Математическая модель дроссель - трансформатора.4Ь

2.3 Ма1ема1ическая модель изолирующих стыков рельсовых цепей в виде [А] - параметров.

2.4 Матрица [А] - параметров рельсовой цепи с изолирующими стыками

2.5 Математическая модель рельсовой линии в шунтовом режиме.

2.6 Математическая модель рельсовой цепи в контрольном режиме.

2.7 Машинное исследование изменения входных и выходных электрических параметров рельсовых цепей.

Выводы по главе 2.

Глава 3 МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ КЛАССИФИКАТОРА

СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ СТЫКОВ.

3.1. Предварительная обработка и выбор информативных параметров.

3.2 Разработка опорной функции классификатора состояний сопротивления изолирующих стыков.

3.3 Определение вида и сложности опорной функции самоорганизацией моделей.

Выводы по главе 3.

Глава 4 РЕАЛИЗАЦИЯ КЛАССИФИКАТОРА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ СТЫКОВ.

4.1 Критерии эффективности классификатора состояний изолирующих стыков.

4.2 Назначение функций реализуемой системы.

4.3 Структурная организация классификатора состояний изолирующих стыков.

4.4 Описание функциональной схемы реализуемого классификатора.

Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Одним из основных требований, предъявляемых к современным системам управления и контроля движением поездов, является обеспечение надежности и отказоустойчивости их функционирования на заданном уровне и исключение влияния отказов отдельных компонентов схем на безопасность движения поездов. Особенно важным элементом современных систем интервального управления движением поездов являются электрические рельсовые цепи, являющиеся первичным датчиком информации о свободности, занятости или неисправности рельсовых линий. Вместе с тем рельсовые цепи являются самым ненадежным элементом систем интервального управления движением поездов (СИУДП).

Отказы рельсовых цепей приводят к задержкам поездов, следовательно, к экономическим потерям, а также к нарушению безопасности движения. В связи с этим, проблема повышения надежности функционирования рельсовых цепей и эффективности их технического обслуживания является весьма актуальной.

Одним из основных элементов рельсовых цепей являются изолирующие стыки, позволяющие электрически разграничивать блок-участи перегонов, для устройства систем автоблокировки на перегонах и электрической централизации станций.

Общее количество отказов рельсовых цепей ежегодно уменьшаем, но отказы изолирующих стыков продолжают увеличиваться. Если в 2003 г. из общего числа отказов рельсовых цепей на изолирующие стыки приходилось 29%, то в 2004 г. уже 30%, а за девять месяцев 2005 г. 31%.

Вопросами мониторинга состояния величины сопротивления щ изолирующих стыков посвящены труды ряда ученых, среди которых необходимо отметить Брылеева A.M., Дмитренко И.Е., Кравцова 10.А., Алексеева В.М., Лунева С.А. и др., которые внесли значительный вклад в развитие систем диагностики состояния изолирующих стыков рельсовых цепей.

Причиной повышения количества отказов изолирующих стыков является увеличение веса поезда до 9000 т, при среднем весе 6300 т, количества вагонов в поездах до 100, скорости движения поездов до 120-140 км/ч, наличие в пути деревянных шпал с просроченной эксплуатацией.

Используемые в настоящее время методы контроля не обеспечивают качественной оценки состояния сопротивления стыков, а трудовые затраты на выполнение профилактических работ неадекватны конечному результату и не в состоянии заметно повысить надежность их работы. Кроме того, установленная периодичность проведения регламентных работ в большинстве случаев не позволяет обнаруживать предотказное состояние и предупреждать появление как защитных, так и опасных отказов.

Одним из путей повышения надежности функционирования рельсовых цепей является создание средств контроля стыка, путем непрерывного дистанционного наблюдения сопротивления стыка, отслеживание динамики его изменения и оказывание дежурному персоналу помощи в установлении необходимости проведения организационных и технических мероприятий, повышающих сопротивление изоляции стыка.

Диссертационная работа выполнялась в рамках хоздоговорных и госбюджетных НИР, проводимых на кафедре АТС СамГАПС, согласно «Перечню основных проблем железнодорожного транспорта для первоочередного финансирования научных исследований» (утвержденному МПС от 26.12.2002 г. №Я-1272у), выводов и рекомендаций Второй и Третьей международных научно - практических конференций «Транс ЖАТ - 2004» и «Транс ЖАТ - 2006», проводимых департаментом ЦШ ОАО «РЖД» в 2004 и 2006 гг. в г. Санкт-Петербурге.

Цель работы и основные задачи исследования. Целью работы является научное обоснование и создание устройства классификации сопротивления изолирующих стыков для систем интервального управлени-. движением поездов, обладающего расширенными функциональными возможностями и повышенной точностью определения величины сопротивления изоляции стыка.

Для достижения цели был поставлен комплекс задач:

• проведение обширного ретроспективного и перспективного анализа существующих способов и устройств контроля изолирующих стыков;

• разработка математической модели рельсовых цепей с учетом сопротивления изолирующих стыков смежных рельсовых линий с целью исследования и выявления их параметров, описывающих состояние изолирующих стыков;

• разработка методики построения классификатора, сопротивления изолирующих стыков на основе информации множества входных и выходных параметров смежных рельсовых цепей;

• разработка опорной функции классификатора позволяющего вычислять величину сопротивления стыка по информации множества электрических параметров;

• разработка многорядного алгоритма МГУА на основе принципов самоорганизации моделей претендентов с целью выявления наиболее оптимальной опорной функции;

• разработка методики определения допустимой погрешности измерения информативных параметров для определения требований к технической реализации преобразователей фаз, напряжений и токов;

• техническая реализация устройства классификации сопротивлений изолирующих стыков и внедрения его в комплексе систем ИУДП

Методы исследования. Решение сформулированных в диссертационной работе задач базируется на применении теории электрических цепей, теории самоорганизации, методе группового учета аргументов. В процессе работы над диссертацией теоретические и экспериментальные исследования были тесно взаимосвязаны. Для разработки моделей применялись методы математического моделирования на ЭВМ с проверкой полученных результатов путем сравнения с экспериментальными исследованиями распространения сигналов по рельсовым линиям. Научная новизна.

1. На основе проведенного анализа способов контроля сопротивлений изолирующих стыков, сформированы новые принципы построения устройства классификации сопротивления стыков, заключающиеся в ton-, что, используя информацию множества параметров сигналов с одной и с другой стороны изолирующего стыка опорная функция разделяет множество сопротивлений стыка на конкретные области и затем, используя измеренную текущую информацию параметров сигналов, определяет принадлежность вычисленной величины к конкретной области сопротивлений изоляции.

2. Разработанные математические модели смежных рельсовых цепей в виде четырехполюсных схем замещения и п полюсных схем замещения изолирующих стыков, позволяющие исследовать влияния величины сопротивления изолирующего стыка на области существования параметров сигналов на входе и выходе рельсовых цепей, и получить граничные величины сопротивлений стыков на переходе из исправного в неисправное состояние рельсовых цепей, а также сформировать множество значений информативных параметров для формирования опорной функции.

3. Разработанная методика выбора единственной опорной функции из множес1ва методами группового учета аргументов на основе принципов самоорганизации моделей, позволившая получить оптимальную опорную функцию, вычисляющую сопротивление изолирующего стыка с минимальной погрешностью.

4. Разработанная методика определения допустимой погрешности измерения информативных параметров с использованием заранее определенной опорной функции в виде полинома Колмогорова-Табора на основе критериальных оценок.

Обоснование и достоверность результатов диссертации. Достоверность новых результатов обусловлена использованием адекватных методов исследования: теории электрических цепей, теории рельсовых цепей, теории самоорганизации, рекомендации обоснованы корректными математическими выкладками и результатами расчетов. Достоверность полученных результатов подтверждена совпадением теоретических и экспериментальных данных с погрешностью не превышающей 6%.

Основные положения работы, выдвигаемые на защиту: математические модели смежных рельсовых цепей в виде четырехполюсных схем замещения и п полюсных схем замещения изолирующих стыков позволяют исследовать изменения напряжений, токов и их фазовых соотношений на входе и выходе рельсовых цепей с учетом изменения сопротивления изолирующих стыков и изоляции рельсовых линий;

- методика формирования единственной опорной функции в условиях изменения сопротивления изоляции рельсовых линий на основе принципов самоорганизации моделей с множеством параметров - аргументов опорной функции обеспечивает вычисление величины сопротивления изолирующего стыка с погрешностью, не превышающей 6 % при изменении сопротивления изоляции от 0,1 до 50 Ом*км и длинах смежных рельсовых линий до 2,6 км;

- методика определения допустимой погрешности измерения параметров позволяет определить диапазон погрешности измерения амплитуд и фаз сигналов, не превышающей 0,1 %;

- предложенное и созданное устройство классификации сопротивления изолирующих стыков, имеющее относительную инвариантность к изменению сопротивления изоляции в широком диапазоне ее измерения, обеспечивающее требуемый диапазон измерений сопротивления изоляции.

Практическую ценность работы составляют:

По результатам проведенных теоретических исследований разработано устройство классификации сопротивлений изолирующих стуков для систем интервального управления движением поездов, позволяющее:

- добиться относительной независимости измеряемой величины сопротивления стыка от изменения сопротивления изоляции рельсовых линий от 0,1 до 50 Ом*км;

- расширить диапазон правильного функционирования в условиях воздействия сопротивления изоляции;

- диагностировать и прогнозировать состояние изолирующих стыков за счет архивации сопротивлений;

- выявлять кратковременную потерю изолирующих свойств стыка в случае воздействия колесных пар движущегося поезда благодаря непрерывному определению сопротивления стыка;

- непрерывно определять сопротивление изолирующих стыков с погрешностью, не превышающей 6%.

Разработанное устройство контроля сопротивления изолирующих стыков внедрено в существующую систему технической диагностики на Куйбышевской железной дороге - филиале ОАО «РЖД».

Реализация результатов работы осуществлена путем внедрения устройства классификации сопротивления изолирующих стыков на ст. Безымянка Куйбышевской ж.д. - филиала ОАО «РЖД» в комплексе АСДК в системе АРМ «ШН» и АС «Ш». Результаты внедрения позволили обеспечит, непрерывный контроль величин сопротивления изоляции стыков на главных путях станции при изменении сопротивления изоляции в широком диапазоне.

Результаты работы используются также в учебном процессе СамГАПС при выполнении лабораторных работ и чтении лекций по курсам «Математическое моделирование устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи», «Измерения в устройствах автоматики и телемеханики».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследовании диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции «Безопасность и логистика транспортных систем» (Самара, 2004г.); II Международной научно - практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (Самара, 2005г.); внутривузовских конференциях «Дни аспиранткой и студенческой науки» (Самара, 2005-2006гг.), СРНЦ PAT, технико-экономических советах Куйбышевской, Южно-Уральской железных дорог филиалов ОАО «РЖД», заседаниях научных семинаров электротехнического факультета СамГАПС.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций, 1 патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников м приложения. Материалы диссертации изложены на 134 страницах основного текста, содержит 9 таблиц, 51 рисунок и 3 приложения на 56 страницах. Список использованных источников содержи! 88 наименований.

Выводы по главе 4

1. Разработанной процедурой самоорганизации для формирования опорной функции и принципами построения на основе предложенных структурных схем и алгоритмов работы, технически реализован опытный образец устройства контроля сопротивления изолирующих стыков с единственной опорной функцией оптимальной сложности, позволяющей вычислять величину сопротивления изолирующего стыка, при изменении сопротивления балласта от 0.1 до 50 Ом*км и длине рельсовой цепи до 2.5 км.

2. Разработанное устройство контроля сопротивления изолирующих стыков на основе микроконтроллера CPU 686 Е формата MicroPC и периферийных устройств, стандарта MicroPC способно функционировать в жестких индустриальных условиях. Разработанное и отлаженное программное обеспечение классификатора состояний сопротивления изолирующих стыков обеспечивает его функционирование в реальном времени.

3. При измерении параметров погрешность модуля 1-7017 - аналогового ввода на 8 каналов с 16 разрядным АЦП составляет ± 0.1%. Тогда допустимая погрешность определения величины сопротивления стыков, классификатором состояний составляет ф1с — 4.67%, для v|/ic - 2.83% и для ф20 - 5.07%, при этом допустимая погрешность вычисления величины сопротиавления изолирующих стыков составляет 5 < 6%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ причин отказов рельсовых цепей выявил их рост из-за изолирующих стыков, с 29% в 2003 году до 31% в 2005 году. Одной из причин, приводящей к сбоям в работе и отказам изолирующих стыков, служит использование технических средств с истекшим сроком эксплуатации. Применяемые в настоящее время принципы и устройства контроля величины сопротивления изолирующих стыков проблему не только не решают, но и обладают недостатками, которые существенно ограничивают их использование. Предложенное устройство повышает точность и достоверность определения величины сопротивления изоляции стыков и реализует алгоритм контроля сопротивления изолирующих стыков на основе измерения текущих значений токов и напряжений рельсовой цепи, что свидетельствует о постоянном и непрерывном контроле величины сопротивления.

2. Разработанная математическая модель изолирующих стыков смежных рельсовых цепей в виде 4-х полюсных схем замещения рельсовой линии и п-полюсных схем замещения изолирующих стыков позволила исследовать пространство изменения напряжений и токов, а также их фаз-относительно места установки стыков. Показано, что величина напряжения на приемном реле сильно зависит от величины сопротивления стыка и изменения сопротивления изоляции рельсовых линий, что может привести к появлению информации о «ложной» занятости и «ложной» свободности при определенном сочетании параметров. Так, при одном пробитом стыке и уменьшении сопротивления второго стыка до 4-х Ом напряжение на реле от смежного источника превышает значение напряжения срабатывания, и возникает ситуация нарушения безопасности функционирования.

3. Разработана методика формирования опорной функции методом группового учета аргументов на основе принципов самоорганизации моделей, которая позволила добиться получения единственной опорной функции путем многорядной селекции из множества опорных функций. При этом в первом ряду селекции из 15-ти опорных функций наибольшей информативностью, или наименьшей погрешностью, обладает функция второй степени сложности и двумя параметрами (cpic, Ч^с), 8(R)=8,19%. Во втором ряду проанализированы четыре опорные функции, и наибольшей информативностью обладает сочетание (ф1с, Ч^, ф2о), 5(R)=4,23%. В третьем ряду - 3 опорные функции, из которых максимальной информативностью обладает сочетание (ср1с, Ч^с, ф20), 8(R)=5,55%.

4. Разработана методика определения допустимой погрешности измерения параметров с использованием опорной функции в виде полинома Колмогорова-Габора второй степени сложности, которая определила диапазон допустимой погрешности измерения амплитуд и фаз не превышающей 0,1%.

5. При участии автора на базе проведенных исследований создано устройство классификации сопротивления изолирующих стыков на основе микроконтроллера CPU 686 Е формата MicroPC и периферийных устройств, стандарта MicroPC, которое способно функционировать в жестких индустриальных условиях. Разработанное и отлаженное программное обеспечение классификатора состояний сопротивления изолирующих стыков обеспечивает его функционирование в реальном времени. Максимальная погрешность вычисления сопротивления изоляции изолирующего стыка не превышает 6%.

1. Брылеев A.M., Кравцов Ю.А., Шишляков A.B. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. М.: Транспорт, 1978.- 344 с.

2. Аркатов B.C., Котляренко М.Ф., Баженов А.И., Лебедева Т.В. Рельсовые цепи магистральных железных дорог. М.: Транспорт, 1982,- 360 с.

3. Бушуев В.И., Оводков Л.В. Проблемы изоляции рельсовых цепей и основные направления ее решения // АТС. 1982. № 9.- С. 17-20.

4. Немчанинов Н.С. Внедрение новых технических решений // Автоматика, связь, информатика.- 2005. № 12. 2002.- С. 22-23.

5. Казиев Г.Д. Обеспечение надежной работы рельсовых цепей. // Железнодорожный транспорт.- 2006. № 2,- С. 3.

6. Балуев H.H. Итоги работы хозяйства СЦБ // Автоматика, связь, информатика.- 2005. № 5. С. 5.

7. Экспресс-информация. «Сигнализация и связь». Выпуск 1-2. Москва 2005

8. Оперативная база данных: КЗ00ЖАТС

9. Постановление коллегии МПС России № 2, пункт 19 от 06.02.2002. «О принятии мер по безопасности движения»

10. Антипов Г.А., Королев М.Ю. О причинах короткого замыкания изолирующих стыков // Путь и путевое хозяйство. 2001. №7. С. 31-33.

11. Антипов Г.А., Снетков Л.В., Королев М.Ю. О причинах возникновения остаточной намагниченности изолирующих стыков // Путь и путевое» хозяйство. 2001. № 10. С. 30-33.

12. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1979. 560 с.

13. З.Данилов В.Н. Расчет рельсовой нити в зоне стыка // Тр. ВНИИЖТ, ВЫП. 70. М.: Трансжелдориздат, 1952. С. 115.

14. Prezemieniecki J.S. Theory of Matrix Structural Analysis. New York: Mc. Graw-Hill. 1968.

15. Кривоногов В.Г., Атанасов C.A. Численное моделирование процесса квазистатического нагружения электроизолирующего рельсового стыка с полимерными накладками // Вестник ВНИИЖТ №7, 2000г. С. 20-24.

16. Проблемы изолирующих стыков // Железные дороги мира.-2005, №12.- С. 72-73.

17. D. Davis. Railway track & Structures, 2005, №1, p. 14-18.

18. Конструкции токопроводных и изолирующих стыков. // Дальневосточный Государственный Университет Путей Сообщения. // Материалы с сайта www.dvgups.ru /METDOC /GDTRAN /YAT /AT /RELTSEPI /METOD /KURSLEK /Lek5.htm

19. Г1ерникис Б. Д., Ягудин Р.Ш. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах. М.: Транспорт, 1994.- 123 с.

20. Дмитренко И.Е. и др. Измерения в устройствах автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1975.-312 с.

21. Перникис Б.Д., Ягудин Р.Ш. Поиск и устранение неисправностей в устройствах СЦБ. М., Транспорт, 1977.- 160 с.

22. Котельников A.B., Наумов A.B., Слободянюк Л.П. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств. М.: Транспорт, 1990.- 216 с.

23. Котельников A.B., Наумов A.B., Слободянюк Л.П. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств. М.: Транспорт, 1980.- 204 с.

24. Шорохов Н.С. Эксплуатационные отказы изолирующих стыков // Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта, материалы 2-й Международной научно-практической конф. 2005.-Самара: СамГАПС, 2006.-С. 196.

25. Меньшиков Н.Я., Королев А.И., Ягудин Р.Ш. Эксплуатационная надежность элементов систем железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1971.- 120 с.

26. Меньшиков Н.Я., Королев А.И., Ягудин Р.Ш. Надежность элементов систем железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1977.- 215 с.

27. Шорохов Н.С., Тарасов Е.М. Мероприятия по повышению надежности изолирующих стыков рельсовых цепей. Дни студенческой науки // сб. науч. тр. Студентов и аспирантов. Самара: СамГАПС, 2006, Выпуск 7.-С.158.

28. Разгонов А.П., Оводков J1.B. Профилактическое обслуживание рельсовых цепей. М.: Транспорт, 1980.-324 с.

29. ЦП-774. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути (с изменениями и дополнениями в соответствии с указаниями МПС России № С-950у от 30.05.2000г.). М.: Транспорт 2001.

30. Разгонов А.П. О надежности рельсовых цепей // Автоматика, телемеханика и связь.-1986.- С. 36-39.

31. Шварц Ю.Ф., Леманский А.П. Обеспечение надежной работы рельсовых цепей. //Железнодорожный транспорт. 1982, №1. С. 15-18.

32. Лучинин B.C. Повышение работоспособности систем ИРДП на участках с пониженным сопротивлением изоляции путем использования нелинейных свойств источника питания.: Дисс. канд. техн. наук. М.: 1984.- 203 с.

33. A.C. № 650869 (SU) Устройство для контроля сопротивления изолирующих стыков в рельсовых цепях. Еремин Е.П., 1977г., Бюл. №42, МКИ B61L 23/16.

34. А.С. № 796034 Устройство для контроля сопротивления изолирующих стыков в рельсовых цепях. Соболев Ю.В. Соколов В.М. заявлено 16.03.79 № 2752476/27-11; Опубликовано Б.И., 15.01.81 №2, МКИ B61L 23/16.

35. A.C. № 650869 Устройство для контроля сопротивления изолирующих стыков в рельсовых цепях / Харьковский институт инженеров железнодорожного транспорта, Соболев Ю.В., Котляренко Н.Ф., Соколов

36. B.М., Михайлов А.Ф., Попов О.С., Пельменов В.А., заявлено 10.06.77 № 2494335/27-1 1; Опубликовано Б.И., 05.03.79 №9, МКИ B61L 23/16, МКИ B61L 23/16.

37. Тарасов Е.М., Куров М.Б., Шорохов Н.С., Левченко A.C., Митрохин Ю.В. Устройство контроля сопротивления изолирующих стыков // Положительное решение по заявке № 2005112600 от 01.06.06.

38. Шорохов Н.С., Куров М.Б. Принципы построения устройства контроля сопротивления изолирующих стыков. Дни студенческой науки Текст.: сб. науч. тр. Студентов и аспирантов,- Самара: СамГАПС, 2005, Выпуск 6.1. C.112.

39. Тарасов Е.М. Инвариантные классификаторы состояний рельсовых линий для систем интервального управления движением поездов // дис. док. тех. наук: 05.13.05 / Тарасов Евгений Михайлович.- Самара, 2004.- 328 с.

40. Аркатов B.C. Рельсовые цепи магистральных железных дорог // Справочник / B.C. Аркатов, Н.Ф. Котляренко, А.И. Баженов, Т.Д. Лебедева ; под общей редакцией; Транспорт. М., 1982.- 360 с.

41. Котельников A.B., Накмов A.B., Слободянюк Л.П. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств. М.: Транспорт, 1980.- 207 с.

42. Дмитриев B.C. Основы железнодорожной автоматики и телемеханики. -М.: Транспорт, 1982.- 268 с.

43. Дмитренко И.Е., Устинский A.A., Цыганков В.И. Измерения в устройствах автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте // учебник 2-е изд. перераб. и доп. М.: Транспорт, 1975,- 351 с.

44. Дмитренко И.Е. Техническая диагностика и автоконтроль в железнодорожных системах автоматики и телемеханики // учебник. М.: Транспорт, 1976.- 96 с.

45. Сороко В.И., Разумовский Б.А., Введенский Ю.Н., и др. Техническое содержание устройств автоматики и телемеханики промышленного железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1978.- 325 с.

46. Аркатов B.C., Кравцов Ю.А., Степенский Б.М. Рельсовые цепи анализ работы и техническое обслуживание. М.:- Транспорт, 1990.- 295 с.

47. Тарасов Е.М. Принципы распознавания в классификаторах состояний рельсовых линий // монография / Тарасов Евгений Михайлович. М.: 2004.- 200 с.

48. Демидович Б.П. Основы вычислительной математики // учебник для втузов 2-е издание, перераб. / Б.П. Демидович, И.А. Марон; под общ. ред. М.М. Горячая ; Наука. М.: 1966.- 664 с.

49. Корн Г. Справочник по математике // учебник для физ.-мат. специальностей вузов 5-е изд. / Г. Корн, Т. Корн; под общ. ред. И.Г. Арамановича; Наука. М., 1984.- 834 с.

50. Математическое моделирование рельсовых цепей с распределенными параметрами рельсовых линий // Учеб. пособие / Е.М. Тарасов.-СамГАПС, Самара, 2003.- 118 с.

51. Тарасов Е.М., Шорохов Н.С. Разработка математической модели смежных рельсовых цепей с учетом изолирующих стыков. Сборник РАК «Проблемы железнодорожного транспорта на современном этапе развития», 2006.-С. 91-93.

52. Кетков ЮЛ. MATLAB 6.x: программирование численных методов // учебник для студентов и преподавателей профильных специальностей / Ю.Л. Кетков, А.Ю. Кетков, М.М. Шульц ; под общ. ред. Е. Кондуковой, Спб.: БХВ-Петербург, 2004.- 672 с.

53. Ануфриев И.Е. MatLab 5.3/б.х // для исследователей и разработчиков / И.Е. Ануфриев; под общ. ред. Е. Кондуковой; Спб.: БХВ-Петербург, 2002.- 73 с.

54. Новгородцев А.Б. Расчет электрических цепей в MATLAB // учебное пособие / А.Б. Новгородцев; под общ. ред. Е. Строгоновой; Спб.: Питер, 2004.- 250 с.

55. Баранников В.М. Вероятностные характеристики поездного шунта. // Роль молодых ученых и специалистов в ускорении научно технического прогресса на транспорте. // Тезисы докладов НТК. Свердловск. 1987-С.5-6.

56. Баранников В.М. Методика оптимизации алгоритмов обнаружения поездного шунта. // Роль молодых ученых и специалистов в ускорении научно технического прогресса на транспорте. // Тезисы докладов НТК. Свердловск.- 1987.- С. 6-7.

57. Дж. Ту, Р. Гонсалис. Принципы распознавания образов. Перевод с англ. -М.: «МИР», 1978,-412 с.

58. Фомин Я.А., Тарловский Г.Р. Статистическакая теория распознавания образов. М.: Радио и связь, 1986.- 264 с.

59. Дж. Вэн Райзин. Классификация и кластер. М.: Мир, 180.- 390 с.

60. Патрик Э. Основы теории распознавания образов. М.: Сов. Радио, 1980.408 с.

61. Фукунага К. Введение в статистическую теорию распознавания образов. -М.: Наука, 1979.-367 с.

62. Харкевич A.A. О выборе признаков при машинном распознавании.- Изв. АН СССР, Техническая кибернетика, 1963. № 2.- С. 17-24.

63. Верхаген К., Дейн Р., Грун Ф. Распознавание образов: состояние иtперспективы. М.: Радио и связь, 1985.- 104 с.

64. Баранников В.М., Кравцов Ю.А., Степенский Б.М. Выбор признаков распознавания шунта // Межвузовский сборник научных трудов. Вни 77, Свердловск, УрЭМИИТ, 1988.-С. 130-138.

65. Тарасов Б.М. Инвариантные системы контроля состояний рельсовых линий. Самара: СамГАПС, 2002.- 134 с.

66. Тарасов Е.М., Пиманов Е.П., Брылеев A.M., Иванов Б.Г. Выбор информативных признаков при классификации рельсовых линий // Межвузовский сборник научных трудов. Самара, СамИИТ, 1993.- С. 48-50.

67. Тарасов Е.М., Шорохов Н.С. Определение вида решающей функции и решающих правил в системах железнодорожной автоматики и телемеханики. Сборник РАН «Проблемы железнодорожного транспорта на современном этапе развития», 2006, С. 71-73.

68. Веников В.А., Веников Г.А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики): учебник для вузов.- 3-изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1984.- 439 с.

69. Ивахненко А.Г. Самообучающиеся системы распознавания и автоматического управления.-Киев: Техника, 1969.-391 с.

70. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента.-Труды МЭИ, 1980.- 92.

71. Ивахненко А.Г., Мюллер Й.А. Самоорганизация прогнозирующих моделей,- К.: Техника; Берлин: ФЕВ Ферлат Техник, 1984,- 223 с.

72. Ивахненко А.Г. Системы эвристической самоорганизации в технической кибернетике.- Киев: Техника, 1971.- 372 с.

73. Костров Б.В., Ручкин В.Н. Микропроцессорные системы.: Учеб. пособие // ТЕХБУК, Москва, 2005.- 208 с.

74. Основы цифровой схемотехники // Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001.- 312 с.

75. Пузанкова Д.В. Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов / Спб.: Политехника, 2002.- 234 с.

76. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия, 2-е изд. СПб.: Питер, 2001.- 928 с.

77. У. Томпкинс, Дж. Уэбстер. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC / М.: Мир, 1992.- 592 с.

78. Гусев С.А. Краткий экскурс в историю промышленных сетей // Современные технологии автоматизации, 2000, №4.- С.78-84.

79. Аристова И.И., Корнеева А.И. Промышленные программно-аппаратные средства на отечественном рынке АСУТП. М.: НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ, 2001.- 402 с.

80. Дядюнов А.Н., Онищенко Ю.А., Сенин А.И. Адаптивные системы сбора и передачи аналоговой информации. Основы теории / М.: Машиностроение, 1988.- 288 с.

81. Краус М., Кучбах Э., Вошни О.Г. Сбор данных в управляющих вычислительных системах. М.: Мир, 1987.- 294 с.

82. Локтюхин В.Н. Микропроцессоры и ЭВМ (в 4-х кн.), Учеб. пособие для вузов М.: Энергоатомиздат, 2000- 100 с.

83. Локтюхин В.Н. Микропроцессорные системы сбора и первичной обработки импульсно аналоговой информации. Рязань: ООО «Сервис», 1999.- 156 с.

84. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб.: Питер, 1999.560 с.