Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРИЦЕЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ 9
1.1. Отечественные системы автоматического прицельного торможения (САПТ) 9
1.2. Зарубежный опыт автоматизации процесса прицельного торможения 14
1.3. Классификация САПТ 20
1.4. Измерение фазовых координат поезда в САПТ 22
1.5. Постановка задачи создания и исследования адаптивной САПТ 26
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИЦЕЛЬНОГО
ТОРМОЖЕНИЯ 27
2.1. Математическая модель поезда в режиме торможения 27
2.2. Моделирование САПТ программного слежения 43
2.3. Математические модели системы ступенчатого торможения и адаптивных САПТ 61
2.4. Выводы 68
ГЛАВА 3. АДАПТИВНАЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИЦЕЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА 70
3.1. Измерение веса поезда в режиме торможения 70
3.2. Структура адаптивной САПТ 97
3.3. Анализ погрешностей измерения фазовых координат при использовании шлейфа с постоянным шагом скрещивания 102
3.4. Алгоритм работы адаптивной САПТ 119
3.5. Выводы 128
ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИЦЕЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ 130
4.1. САПТ на базе микропроцессорного контроллера 131
4.2. САПТ на базе микро-ЭВМ 140
4.3. Технические средства обмена информацией между вычислительным комплексом и поездом 144
4.4. Реализация принципа безопасности в САПТ 157
4.5. Испытания адаптивной САПТ на линии метрополитена 159
4.6. Экономическая эффективность САПТ 171
4.7. Выводы 177
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 179
ЛИТЕРАТУРА 182
ПРИЛОЖЕНИЕ 190.
- Отечественные системы автоматического прицельного торможения (САПТ)
- Математическая модель поезда в режиме торможения
- Измерение веса поезда в режиме торможения
- САПТ на базе микропроцессорного контроллера
Отечественные системы автоматического прицельного торможения (САПТ)
Первые системы автоматического управления движением поездов САУДП на отечественных метрополитенах появились в начале 60-х годов. В 1982 г. на Кольцевой линии Московского метрополитена были введены в опытную эксплуатацию два состава, оборудованные системой САУ-М. САУ-М представляет собой систему на специализированной бортовой УЕМ, выполняющую решение дифференциального уравнения движе-ния поезда как в режиме тяги, так и в режиме торможения [ 37, 38]. При этом контроль за безопасностью движения возлагался на локомотивную бригаду - машиниста и помощника. На пути перед началом участка торможения на каждой станции устанавливался точечный напольный датчик, при проследовании которого бортовая УВМ начинала расчет траектории торможения. Информация о пройденном пути и скорости поезда поступала с осевого измерителя, установленного на буксе колесной пары. Измерение производилось через каждые 0,18 с. Бортовая УВМ была выполнена на феррит-транзисторных элементах. В ее память были заложены тормозные характеристики каждой позиции реостатного контроллера, а также характеристики сопротивления движению. Производилась привязка УВМ к каждой станции для учета ее профиля. Как только поезд проследовал точечный датчик в начале участка торможения, бортовая УВМ рассчитывала возможную траекторию торможения в случае, если бы была подана команда "Тормоз-2" до полной остановки. Как только тяговый расчет показывал, что величина тормозного пути равна пути, оставшемуся до точки остановки, подавалась команда на переключение реостатного контроллера на следующую позицию, и производился новый цикл расчета тормозного пути, начиная со следующей позиции. Точность остановки поезда на станции, обеспечиваемая системой составляла + 2,5 м [б].
Опытная эксплуатация САУ-М в течение нескольких лет на Кольцевой линии Московского метрополитена показала, что система обладает недостаточным уровнем надежности: наработка на отказ была несколько больше 100 ч, восстановление около суток, в то время как для электрооборудования состава метрополитена эти показатели составляли соответственно 1000 и I ч. [Зб]. Сложность системы, высокая стоимость, низкая надежность послужили причиной создания модернизированной системы САУ-М2. В этой системе для управления торможением поезда использовалось специальное программное устройство с трехкратным резервированием. Была предусмотрена совместная работа модернизированной системы САУ-М2 с автоматической локомотивной сигнализацией АЛС, с помощью которой осуществляется контроль безопасности движения. Состав с комплексом аппаратуры АЛС, САУ-М2 .: также проходил испытания на кольцевой линии. Впервые в практике Московского метрополитена локомотивная бригада состояла из одного машиниста. Однако эксплуатационные испытания САУ-М2 также выявили недостаточную надежность ее работы. Нередки были случаи проезда станции, что накладывало на машиниста дополнительное психологическое напряжение.
class2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИЦЕЛЬНОГО
ТОРМОЖЕНИЯ class2
Математическая модель поезда в режиме торможения
Аналитическое решение данной задачи затруднено в силу сложности описания объекта управления и резко выраженной его нелинейности. Поэтому рассмотрим решение задачи с помощью имитационного моделирования.
Проанализируем, как зависит тормозная сила вагона метрополитена от положения контроллера машиниста и состояния вспомогательных управляющих цепей. В качестве примера возьмем серийные вагоны типа ЕЕ-3, ЕЧС, находящиеся в эксплуатации на многих линиях и являющиеся в настоящее время наиболее совершенными с технической точки зрения вагонами. Воспользуемся для этого пускотормозной диаграммой (ОТД 219.21I).
Для управления вагонами метрополитена всех типов в режиме торможения используются три режима: "Тормоз-1", "Тормоз-IA", "Тор-моз-2".
Команда "Тормоз-1", соответствующая одноименному положению контроллера машиниста, подается в самом начале процесса торможения и обеспечивает сбор силовой схемы вагона в тормозное состояние, когда двигатели переходят в генераторный режим. Тормозной эффект появляется при достаточном возбуждении двигателей и сравнительно большом тормозном токе (I70-I80A). Реостатный контроллер (РК) в этом режиме находится на первой позиции. При больших скоростях движения поезда ( У 60 км/ч) полностью возбужденный двигатель развивает недопустимо большой ток, который может вызвать его повреждение, поэтому производят ограничение тормозного тока путем регулирования поля возбуждения. На вагонах ЕЖ-3; ЕЧС для этой цели применяется тиристорний регулятор, поддерживающий тормозной ток на заданном уровне при изменении скорости движения поезда. Тиристорный регулятор представляет собой ключ, шунтирующий обмотку возбуждения с частотой, пропорциональной разности токов: тормозного тока и тока уставки, который, в свою очередь, зависит от загрузки вагона.
Команда "Тормоз-IA" подается тогда, когда необходимо перевести РК на одну позицию. Обычно этот режим используется при подтор-маживании состава для незначительного снижения скорости.
Режим нТормоз-2" является наиболее интенсивным режимом торможения. При высоких скоростях движения поезда тиристорный регулятор работает на повышенной уставке тормозного тока, также зависящей от нагрузки вагона. После того, как скорость поезда снижается до величины 60 км/ч, подается команда на вращение РК, это вращение происходит под контролем реле ускорения, торможения (РУТ), которое разрешает переключение РК на следующую позицию в том случае, если величина тормозного тока меньше заданного значения, предусмотренного уставкой РУТ, зависящей от загрузки вагона.
Измерение веса поезда в режиме торможения
Вагоны метрополитена оборудованы авторежимным устройством, регулирующим уставку тормозного тока РУТ (а вместе с ней и тормозную силу) в зависимости от нагрузки вагона. В системе КС АУЛ, эксплуатируемой в настоящее время на Ленинградском метрополитене, авторежимное устройство головного вагона связано с поездным устройством автоведения, которое управляет процессом ступенчатого торможения. Однако авторежимное устройство работает не во всем диапазоне изменения нагрузки. Например, на вагонах типа "ЕК-3" это устройство функционирует в пределах 6 18 т, тогда как в часы "пик" нагрузка достигает 22-24 т на вагон. Кроме того, загрузка отдельных вагонов поезда неравномерна, нередки случаи, когда загрузка отдельных вагонов в часы "пик" различаются в 1,5-2 раза. Необходимо также иметь в виду, что авторежимные устройства каждого вагона на одном составе могут иметь разброс до 10% по уставке тормозного тока, поэтому оценка нагрузки поезда по нагрузке головного вагона с помощью авторежимного устройства недостаточно точна.
Рассмотрим влияние загрузки поезда и возможность ее оценки в различных режимах движения.
САПТ на базе микропроцессорного контроллера
Для реализации САПТ при участии автора был разработан микропроцессорный контроллер на базе больших интегральных схем (БИС) серии К589 [45].
Микропроцессорный контроллер (рис. 4.1) состоит из блока микропрограммного управления БМУ (К 589 ИК0І), центрального процессорного элемента ЦПЭ (К 589ЙК02 - 8 корпусов), блока приоритетного прерывания БІШ (К589ИКІ4), постоянного запоминающего устройства ПЗУ на базе K556FE4, а также схем обрамления, выполненных на К589ЙРІ2 и KI55.
Текущие значения параметров движения поезда (пути, скорости) поступают в ЦПЭ на шину М через буферный регистр БРІ и формирователь Pi, где и обрабатываются по заданной программе, хранящейся в ПЗУ. Каждой команде программы соответствует микропрограмма, состоящая из последовательности микрокоманд, записанных в постоянное запоминающее устройство микрокоманд ПЗУМК и вызываемых с помощью ЕМУ. После выполнения заданной программы БМУ вырабатывает управляющий сигнал, поступающий в триггер условия ТГУ и через буферный регистр БР 3 на исполнительный элемент. Если в процессе выполнения программы поступает инициативный сигнал, требующий выполнения другой программы с более высоким приоритетом, то БІШ вырабатывает сигнал прерывания, который поступает в БМУ и последний переводит контроллер в режим обработки прерывания: содержимое счетчики команд, регистра-аккумулятора, регистра команд и регистра адреса переписывается в резидентную часть оперативного запоминающего устройства ОЗУ. После этого вызывается программа обработки прерывания, данные для которой поступают через элементы БР 2 и Р 2 в ЦПЭ на шину I . После окончания обработки приоритетного прерывания БМУ возвращает контроллер к исходной программе.
Каждая микрокоманда по формату состоит из 22 разрядов стандартных операций (рис. 4.2) и 10-13 разрядов пользователя. Рассмотрим формат микрокоманда!. Разряды РО- 6 указывают операции массива ЦПЭ и определяют регистр внутри ЦПЭ, они поступают в ЦПЭ по шине Р . С помощью разрядов флаговой логики PCQ- С3 запоминается сигнал переноса в ЦПЭ и производится управление сдвигом и переносом данных массива ЦПЭ. Разряды АСО-АСб определяют адрес следующей микрокоманды и поступают на соответствующие входы БМУ.
