Введение к работе
Актуальность проблемы. В крупных городах метрополитен является одним из основных видов общественного транспорта. Постоянное увеличение пассажиропотоков требует повышения безопасности движения поездов и повышения использования пропускной способности линий метрополитена, что усложняет процесс управления движением поездов. Решение возникающих проблем тесно связано с автоматизацией процесса управления движением поездов метрополитена. В настоящее время ставится задача создания автоматизированного метрополитена.
Дальнейшее повышение использования пропускной способности линий метрополитена связано с увеличением точности и интенсивности прицельной остановки на станции, а также точности выполнения заданного времени хода. Эти требования наряду с необходимостью сокращения расхода электроэнергии на тягу ставят задачу использования новых алгоритмов для управления движением поезда метрополитена на перегоне. Появление нового поколения вычислительных средств и нового математического обеспечения позволяет создать более совершенные и быстродействующие алгоритмы оптимизации программ движения поезда.
Работа, посвященная разработке новых алгоритмов бортовых подсистем автоматического управления движением поезда метрополитена, позволяющих снизить расход электроэнергии на тягу и увеличить степень использования пропускной способности линий путем увеличения точности и интенсивности прицельной остановки на станции, а также точности выполнения заданного времени хода, является актуальной.
Исходной основой диссертации являются:
-фундаментальные работы по теории оптимального и адаптивного управления Беллмана Р., Дубовицкого А. Я., Милютина А.А., Понт-
рягина Л.С. и его учеников Болтянского В.Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф, и других;
-фундаментальные работы по теории импульсных систем Джури Э., Цыпкина Я. З.и других;
-теоретические и прикладные исследования по цифровой обработке непрерывных сигналов Аршинова М. Н., Астрахана В. И., Бакеева Е. Е., Баранова Л. А., Вериго А. М., Горелова Г. В., Лызло-ва С. С. и других;
-исследования систем автоматического управления движением поездов метрополитена Асниса И. А., Астрахана В. И., Баранова Л. А., Годяева А. И., Головичера Я. М., Ерофеева Е. В., Лисенко-ва В.М., Максимова В. М., Моисеева А. А., Петрова Ю. П., Скива Л., Федянина В. П. и других.
Целью работы является создание алгоритмов бортовых подсистем автоматического управления движением поезда метрополитена, обеспечивающих требуемую точность прицельной остановки на станции и выполнения заданного времени хода по перегону при рациональном расходе электроэнергии.
Методы исследования. В работе использованы методы
аналитического и имитационного моделирования, теории
вероятности, математической статистики, структурного
программирования, теории импульсных систем, теории оптимального и адаптивного управления в технических системах, принцип максимума, дискретный вариант динамического программирования Р. Беллмана.
Научная новизна.
В результате проведенных исследований, анализа и обобщения опыта создания систем автоматического управления движением поездов метрополитена (САУДПМ) впервые предложены и разработаны:
*метод синтеза оптимальных по расходу электроэнергии раекторий движения поезда при заданном времени хода путем >дновременного использования дискретного метода динамического ірограммирования и необходимых условий оптимальности траектории движения поезда при ограничении на количество тереключений режимов;
методы синтеза трактов измерения параметров движения поезда з составе многомашинного комплекса поездного устройства (ПУ) І^АУДПМ, учитывающие несинхронизированность датчиков и эазличные способы фильтрации измеренных значений;
новые способы определения текущих фазовых координат движения поезда, в том числе на инфранизких скоростях, основанные на аналитическом дифференцировании экстраполяционного многочлена;
адаптивный алгоритм управления временем хода по перегону. Практическая ценность.
Реализована для использования на персональных компьютерах :истема поддержки принятия решения при синтезе измерительных трактов, позволяющая проводить исследование измерительных трактов в составе систем автоматического управления движением тоездов (САУДП), а также других трактов преобразования аналоговой зеличины.
В составе автоматизированной системы тяговых расчетов ^ASTRA) реализован алгоритм, позволяющий проводить синтез >нергооптимальных траекторий движения поездов метрополитена с заданной точностью и высоким быстродействием.
Использование разработанных программных средств позволяет ускорить процесс создания алгоритмов управления движением поездов метрополитена:
разработан алгоритм обработки показаний датчиков тракта измерения параметров движения поезда а составе многомашинного комплекса ПУ САУДПМ, позволяющий понизить погрешности измерения и повысить точность прицельной остановки;
разработан алгоритм адаптивного управления временем хода поезда по перегону, обеспечивающий повышение точности выполнения заданного времени хода при воздействии случайных возмущений на 10-15%;
показано, что использование многоступенчатого управления электропневматическим тормозом в алгоритме управления торможением и новых методов измерения инфранизких скоростей позволяет уменьшить погрешность прицельной остановки до 0,3 м без увеличения времени торможения.
Реализация результатов.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке технического проекта комплексной системы безопасности и автоматизированного управления движением поездов метрополитена -системы "Движение" в рамках договора между кафедрой "Управление и информатика в технических систьемах" МИИТа, Научно-исследовательским институтом точной механики (НИИТМ, Санкт-Петербург) и Петербургским метрополитеном (договор N165/95). Результаты данной диссертации использованы при разработке алгоритмов поездного устойства системы "Движение". Предложенные алгоритмы определения текущих значений параметров движения поезда, управления временем хода и прицельным торможением являются составной частью алгоритмического обеспечения поездного устройства автоматического управления движением поезда метрополитена и позволяют повысить качество управления при экономии электроэнергии на тягу поездов.
Результаты исследований, проведенных в процессе работы над диссертацией, используются также в учебном процессе на кафедре "Управление и информатика в технических системах" МИИТа, в частности, в лекционном курсе по дисциплине "Микропроцессорные системы автоведения поездов" и при дипломном проектировании.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры "Управление и информатика в технических системах" Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ), на научных конференциях МИИТа в 1995-1997 гг.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 6-х публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка использованных источников, 6-й приложений. Общий объем работы -263 страниц, в гом числе 145 страниц основного машинописного текста, 52 рисунка, 14 таблиц, 6 приложений. Список использованной литературы содержит 97 источников. Приложения содержат 56 страниц.
