列车模拟驾驶系统中列车的运行控制仿真与实现.pdf

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1、第14卷第2期2014年1月科学技术与工程Vo1．14No．2Jan．20141671—1815(2014)02—0241—06ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．交通运输列车模拟驾驶系统中列车的运行控制仿真与实现成利刚郑云水常树贤(兰州交通大学自动化与电气工程学院，兰州730070)摘要以改进的多质点动力学模型为基础，构建了列车动力学模型，控制列车运行，同时为满足工程分析的需求，加入了改进的混合运行控制策略，优化列车运行。通过对不同列车控制策略进行分析对比，并

2、建立HX型列车实体仿真模型对多质点动力学模型下的列车运行控制策略进行分析验证。结果表明模拟列车运行速度变化平稳，没有明显的速度跳变，所采用改进的混合控制策略节能效果良好，经济适用性高，满足铁路培训和工程分析的要求。关键词列车模拟驾驶多质点模型运行控制工况转换列车仿真模型中图法分类号U284．481；文献标志码A随着铁路事业的发展，尤其是铁路大提速以后，行问题，建立了多质点列车动力学仿真模型；并采用列车运行速度越来越快的情况下，为了保证列车安改进的混合控制策略，完成列车的节能运行控制。全高效的运行，对列车司机操作熟练度的要求也越

3、模型具有分析列车不同线路条件和不同编组条件下来越高，对列车司机的培训也将日益重要。列车模的运行性能和运行效率的功能，主要用于教学培训拟驾驶系统能够充分满足列车司机培训的要求，既和演示；同时，由于采用准确的列车动力学模型，系缩短了培训时间，减少培训费用，而且培训过程绝对统可用于优化列车编组，提高线路运行效率和优化安全，不影响正常的行车；但传统的列车模拟驾驶系列车速度控制的可行性分析研究中。统缺乏准确的动力学模型，不能准确地反映列车加速、惰行和制动过程中列车速度的实际变化情况，在1系统框架培训学员的过程中会影响培训效果，也无法满足

4、工列车模拟驾驶系统总体结构，如图1所示，由操程分析的要求¨。因此，在列车模拟驾驶系统中加作仿真模块、动力学仿真模块、视景仿真模块、音响入准确的牵引计算理论，实现对列车速度精确的控仿真模块、运动仿真模块、仿真结果输出模块、操作制，使模拟列车的运行状态与实际相一致，提高系统评价模块和数据管理模块构成。其中操作仿真模块的真实性是必要的。是学员与列车模拟驾驶系统交互的主要通道；动力目前，我国列车模拟驾驶系统主要存在的问学仿真模块是系统的核心，采用多质点动力学模型，题有]：完成对仿真列车速度的控制；视景仿真模块、音响仿(1)缺少有效的运

5、行控制策略，无法在满足教真模块和运动仿真模块使系统的表现形式更加接近学培训的同时也满足工程分析的要求。现实，采用的VR虚拟现实技术，提高系统的真(2)无法实现同一区问多列列车的前后追踪实感。运行。(3)大多数列车模拟驾驶系统只能实现单列车2列车多质点模型的建立的独立运行，无法实现联锁系统和列控中心(或无2．1多质点模型的理论基础线闭塞中心)对列车运行的控制。牵引计算模型多种多样，大体上分为单质点模本文着重探讨了列车牵引力学条件下的列车运型和多质点模型。单质点模型是将列车简化为一个刚性质点，进行受力分析，很大程度地简化了受力计2

6、013年8月27日收到第一作者简介：成利刚(1987一)，男，汉族，甘肃省天水市人，硕士研算；但由于是将列车视为单个的刚性质点，忽略了列究生。研究方向：交通信息工程及控制。E—mail：466520206@qq．车长度，也不考虑列车车辆间相互作用力。当列车跨越变坡点或变曲率点时，列车受力是瞬时变化的，242科学技术与工程14卷地将每一车辆看成一个刚性质点，从而组成质点链，实现多质点模型的建立，l列车数据初始化l-Ll更加精确地反应列车每辆接收控制信息车运行中的受力状态，则第n辆机车或车辆附加阻接收线路信息力为读取标c己．g(¨

7、+图1系统结构从数据库提取标}点这种简化较大地偏离了列车实体属性，不能反映出0．00013l(1)所}录的线路数据列车问的纵向力的变化。当列车经过变坡点或变曲式(1)中，P为第n辆机车率点时，模型计算的受力分析与实际差距较大，为了lf牵引汁算lf或车辆的质量(t)；为第修正单质点模型的不足，多质点模型应运而生'4j。n辆机车或车辆所在坡道多质点模型是将机车和每节车辆分别简化为一图3车辆接收线路的坡度值(‰)，上坡为正，个质点，构成一个质点链，能够反映出列车长度和编数据流程下坡为负；尺为第n辆机组对受力和牵引运行的影响。多质点模

8、型在列车运车或车辆所在曲线的半径；L为第n辆机车或车辆行过程中可以单独计算车辆问的纵向力，并在列车所在隧道的长度。经过变坡点和变曲率点时，使其受力变化呈现渐变第n辆机车或车辆所受合力F为过程；但传统的多质点模型以长度为量度，将整个列F=P(1+’，)rz=F一Fh—～一B车的