基于杜芬方程的地铁ATS系统风险反馈控制机理研究

摘要

列车自动监控系统(ATS系统)是一个复杂系统，即有着复杂的组件构成又有着复杂的操作规范，任何一个组件或者人员操作的失误都有可能导致整个ATS系统的故障，因此ATS系统是一个风险较高且容易发生故障的系统。而ATS系统作为列车自动控制系统(ATC)的重要组成部分之一，担任着对列车运行状态进行实时监督和控制、辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理的重要作用，因此ATS系统在地铁运营中处于非常重要的地位，基于以上两点本文选取地铁ATS系统为对象研究风险控制机理。　　为了研究地铁ATS系统的风险控制机理，本文使用非线性振动理论中的杜芬方程对地铁ATS系统风险进行反馈控制建模。首先对地铁ATS系统内部组成结构以及功能进行深入分析，并得出地铁ATS系统的风险特性，基于地铁ATS系统的风险特性阐明使用杜芬方程描述地铁ATS系统的可行性，然后将杜芬方程中所含参数与变量赋予描述地铁ATS系统状态属性的实际意义，以此建立地铁ATS系统的震荡方程。向地铁ATS系统震荡方程中加入反馈控制函数以调节地铁ATS系统震荡方程中的系数，通过多尺度法推导出加入不同形式控制函数时系统的风险控制方程，最后以北京地铁二号线ATS系统为例对风险控制方程进行仿真。结果表明：对于地铁ATS系统而言，系统本身存在硬件设施和软件设施故障、人员失误操作等情况，同时系统还受到外部环境变化影响，这些都会打破系统原有震荡情况，使系统震荡状态发生突跳，导致系统风险增大。使用杜芬方程描述系统在震荡过程中的突跳后，可以加入相对应的反馈控制函数控制系数的变化情况，从而抑制地铁ATS系统内产生风险突跳，使系统振动情况朝着稳定、安全的方向发展。

目录

声明

第 1 章绪论

1.3国内外研究现状

1.3.1国内研究现状

1.3.2国外研究现状

1.3.3国内外研究总结

1.4研究内容与技术路线图

1.5本章小结

第 2 章 ATS 系统结构、功能及风险特性分析

2.2.2车站设备

2.2.3车辆段设备

2.4.2突发事件因素分析

2.4.3地铁ATS系统风险特性分析

2.5本章小结

第 3 章地铁ATS 系统震荡方程的推导和建立

3.2模型可行性研究

3.3地铁ATS系统震荡方程的建立

3.4本章小结

第 4 章地铁ATS 系统风险控制方程的推导和建立

4.1无调节反馈控制函数的地铁ATS系统分岔响应方程

4.2含阻尼调节反馈控制函数的地铁ATS系统风险控制方程

4.3含幅值调节反馈控制函数的地铁ATS系统风险控制方程

4.4本章小结

第 5 章案例分析

5.1.2 F 的取值

5.1.3 c 的取值

5.2.2含阻尼调节反馈控制函数的系统风险控制方程仿真

5.3结果总结

5.4本章总结

第 6 章结论与展望

6.3研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文