城市轨道交通列车自动防护系统建模与仿真实现

摘要

近年来，随着我国城市建设的需要，建设城市轨道交通系统成为解决城市交通的主要手段，而我国城市轨道交通信号领域的技术与国外先进技术差距较大，限制了城市轨道交通的发展。信号系统是保证城市轨道交通行车安全和提高运输效率的关键设备。随着时代的发展，客流密度不断地增加，行车密度不断地增大，传统的信号系统也越来越不能适应城市轨道交通高速度、高密度和高安全性的行车要求。 列车自动防护系统（ATP：AutomaticTrainProtection）是保障城市轨道交通安全、高效运营的关键系统，是高速列车主要的一种控制策略。列车自动防护系统主要对列车驾驶进行防护，对安全有关的设备或系统实行监控，实现超速防护、列车间隔控制等功能。在列车运行控制系统的设计阶段，如果没有行之有效的设计手段和仿真环境，系统中各个核心模块设计完成后，都需要到现场进行多次重复的实验，从而导致时间和经济上的大量浪费。加之ATP系统本身复杂程度高、研发难度大，正是在这种情况下，提出对城市轨道交通ATP系统进行建模与仿真实现。 本论文主要是对城市轨道交通列车自动防护系统的研究，提出一种建立ATP防护模型的可行的方法和思路，并且提供相应的仿真环境。本文中，首先介绍了论文研究背景及内容，之后探讨了有关ATP系统的理论，通过对仿真建模方法的研究，阐述了车载设备速度控制曲线的计算方法，提出了一种基于预测控制和模糊控制的ATP速度防护控制算法，最终借助LabVIEW这种成熟的技术工具，进行了仿真分析，对所建立的模型进行仿真实现，验证了算法的可行性，并且在文中最后进行了研究工作总结并做出了下一步工作的展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

序

1 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 研究的关键点

1.3 研究目的及意义

1.4 论文内容及结构

2 ATP系统构成及控制原理

2.1 ATP系统构成

2.2 ATP系统功能

2.3 ATP速度防护原理

2.3.1 信号系统的闭塞方式

2.3.2 ATP控车模式

3 论文研究基础及相关理论

3.1 列车动力学模型

3.1.1 列车运行受力分析

3.1.2 列车合力模型

3.1.3 列车运动方程计算模型

3.2 复杂系统建模理论

3.2.1 复杂系统建模理论与方法

3.2.2 相关应用

3.3 仿真技术及平台选择

3.3.1 仿真技术

3.3.2 LabVIEW实验室虚拟仪器工程平台

4 ATP系统模型建模

4.1 ATP一次性防护曲线计算模型

4.1.1 防护曲线计算依据

4.1.2 目标距离及目标速度的确定

4.1.3 防护曲线的计算模型

4.2 ATP速度防护控车模型

4.2.1 ATP速度防护控车模型建模方法

4.2.2 ATP速度防护控车模型描述

5 ATP仿真演示系统的设计与实现

5.1 系统总体结构

5.1.1 系统逻辑结构设计

5.1.2 系统功能模块设计

5.1.3 系统总体数据流关系说明

5.2 系统详细设计

5.2.1 机车与环境模型模块

5.2.2 列车模拟驾驶台模块

5.2.3 列车动力学模型模块

5.2.4 ATP防护模型模块

5.3 系统实现

5.3.1 仿真演示系统主界面设计实现

5.3.2 ATP防护模型模块实现

5.3.3 系统实现的目标结果

6 模型分析及结论

6.1.1 仿真实例与分析

6.1.2 论文研究工作总结与展望

参考文献

附录A 仿真运行结果记录

作者简历