基于Simulink/Stateflow的CTCS-3级列控系统建模与仿真分析

摘要

随着列车运行速度的不断提高，传统以地面信号为主体的列车运行控制系统（简称列控系统）已经不能满足行车安全和运营的需要，我国300km/h及以上高速铁路使用CTCS-3(Chinese Train Control System Level3)级列控系统。它是一个典型的混合系统，系统的正常运行既受加速度、速度、距离、时间等连续变量的影响，同时也受制动等级、运行模式、无线消息等离散变量的控制。由于系统的复杂性，过去往往是将它的离散部分和连续部分进行分开研究，这种方法忽略了两者之间的相互影响，对系统的描述也是不精确的。
　　本文针对列控系统的复杂性，提出了系统分层建模的思想，并基于Simulink/Stateflow混合建模方法对CTCS-3级列控系统的建模和仿真进行了研究，利用Simulink分层描述系统的连续特性、Stateflow分层描述系统的离散特性，建立了列控系统两车追踪的混合模型，并仿真分析了两车在不同条件的追踪情况，具体工作体现在如下几个方面。
　　首先分析了CTCS-3级列控系统的系统特性，研究了基于Simulink/Stateflow的混合建模方法;然后从列控系统的复杂性出发，提出了系统分层的建模方法，并将CTCS-3级列控系统分为系统层、场景层、子系统层、功能层;接着以两车追踪场景为例以分层建模思想为指导抽象出了场景中参与的子系统及其信息交互流，并建立了车载安全计算机模型、RBC设备模型、CBI设备模型、Driver模型、应答器模型、测速测距模型;最后在Matlab仿真环境中，对行车许可(MA)的不同发送策略、前后车不同的初始速度距离、临时限速、紧急停车四种情况进行了仿真，并对仿真结果进行了分析，仿真表明:第一，前车出清闭塞分区后车MA更新的方式优于MA周期更新;第二，除了有意制造紧急制动外，列车在正常运行的过程中不会触发紧急制动，且在运行过程中前后两车一直保持着安全距离，满足避撞功能，验证了列车超速防护的有效性。
　　研究表明，基于Simulink/Stateflow的混合建模方法能很好的解决列控系统的混合性建模，而且方法直观、简单、可视化，为以后研究列控系统提供了一种新的思路。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 CTCS-3级列控系统的系统特性

1．3 国内外研究现状

1．4 研究意义

1．5 本文结构与写作安排

2 基于Simulink／Stateflow的列控系统分层建模方法

2．1 Simulink概述

2．2 Stateflow概述

2．3 列控系统分层建模框架

2．3．1 层次化建模理念

2．3．2 列控系统的分层架构

2．3．3 基于Simulink／Stateflow的建模和仿真流程

2．4 本章小结

3 CTCS-3级列控系统行车许可场景的建模

3．1 CTCS-3级列控系统行车许可场景描述

3．1．1 CTCS-3级列控系统行车许可场景的控制过程

3．1．2 子系统的交互信息流

3．2 行车许可场景建模

3．2．1 车载安全计算机(VC)模型

3．2．2 RBC模型

3．2．3 CBI模型

3．2．4 Driver模型

3．2．5 应答器、测速测距模型

3．2．6 两车追踪的总体模型

3．3 本章小节

4 CTCS-3级列控系统行车许可场景的仿真与分析

4．1 不同MA发送策略分析

4．1．1 前车出清闭塞分区更新

4．1．2 MA周期发送

4．2 初始速度、距离

4．3 临时限速

4．4 紧急停车

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要工作与总结

5．2 研究展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历

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