Введение к работе
Актуальность темы. В современном мегаполисе значительную роль в пассажироперевозках играет метрополитен. При интенсивном увеличении численности населения города происходит расширение городских границ, увеличение площадей транспортной сети и уплотнение графика движения поездов. Актуальными являются вопросы безопасности движения, мероприятия по уменьшению сбоев в движении и уменьшению потребления электроэнергии. Снижение расхода электроэнергии и повышение качества перевозки на метрополитене в значительной мере может быть достигнуто за счет автоматизации управления движением. Частичная или полная автоматизация перевозочного процесса может быть выполнена за счет применения систем автоведения. Такого рода системы позволяют повысить безопасность, улучшить использование пропускной способности линий, облегчить условия труда работников метрополитена. Важную роль в работе таких систем играет регулятор времени хода. Повышение качества управления достигается за счет более точного по сравнению с ручным управлением выполнения графика движения и за счет использования оптимальных по критерию минимума расхода электроэнергии времен хода по перегонам и режимов ведения поезда. Для условий метрополитена характерны высокие требования точного выполнения времени хода и прицельного торможения. Поэтому большое значение в разработке алгоритмов автоматизированного управления играет применение моделей, наиболее адекватно описывающих реально происходящие процессы.
Вопросам разработки алгоритмов автоматизированного
управления метрополитеном посвящены работы ученых МИИТа,
ПГУПСа, ВНИИЖТа, Гипротранссигналсвязь, ОАО
«Метрогипротранс», ОАО «НИИАС», ОАО "НИИ Точной механики", выполненные совместно с сотрудниками метрополитенов России и
стран СНГ.
Сегодня парк подвижного состава Московского метрополитена обновляется, и все большую долю в нем занимают поезда с асинхронным тяговыми двигателями. Схема привода позволяет осуществлять непрерывное управление тягой и рекуперативным торможением. В зависимости от ситуации на линии и напряжения на токоприемнике рекуперируемая электроэнергия может поступать как в контактную сеть, когда есть потребители электроэнергии, так и на тормозной резистор, когда нет потребителей в тяговой сети. Поэтому возникает необходимость в создании алгоритмов автоматизированного управления, которые учитывали бы особенности поезда нового типа.
* '. і \
Целью диссертационного исследования является разработка алгоритмов автоматизированного управления временем хода поезда метрополитена типа «Русич» с асинхронными двигателями.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать методику идентификации параметров модели движения поезда метрополитена типа «Русич».
-
На базе разработанной методики получить параметры модели движения поезда метрополитена типа «Русич».
-
Оценить адекватность модели движения поезда объекту управления.
-
Разработать алгоритм оперативного определения параметров основного сопротивления движению.
-
Получить систему соотношений, позволяющую для поездов метрополитена типа «Русич» выбирать управления, обеспечивающие минимум расхода энергии на тягу при заданных времени хода и ограничениях на фазовую координату.
-
Разработать алгоритмическое и программное обеспечение для построения энергоэффективной траектории движения поезда метрополитена типа «Русич».
-
Определить влияние неполноты априорной информации и погрешностей измерения на энергоэффективную траекторию.
-
Разработать алгоритмическое и программное обеспечение регулятора времени хода поезда метрополитена типа «Русич» и оценить показатели качества управления.
Методы исследований. Результаты диссертационной работы получены на основе использования теории автоматического управления, теории оптимального управления, теории электрической тяги, системного анализа, методов имитационного моделирования.
Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обусловлена адекватностью модели, корректностью постановок задач, обоснованностью принятых допущений, удовлетворительной сходимостью результатов моделирования с данными, полученными в реальных условиях эксплуатации.
Научная новизна результатов.
-
Предложена методика идентификации параметров модели движения поезда метрополитена с асинхронными тяговыми двигателями и рекуперативным тормозом.
-
Разработан алгоритм определения основного удельного сопротивления движению подвижного состава на основании экспериментальных данных.
-
Разработан алгоритм выбора энергоэффективных режимов управления движением поезда метрополитена с асинхронными тяговыми двигателями с учетом возврата энергии в сеть при рекуперативном торможении.
-
Разработан алгоритм регулирования времени хода движения поезда метрополитена по перегону на базе нечеткой логики с упреждающим тяговым расчетом энергоэффективной траектории.
Практическая ценность полученных результатов.
-
Разработано программное обеспечение определения параметров модели движения поезда метрополитена. На основании экспериментальных данных получены уточненные оценки основного удельного сопротивления движению для поездов метрополитена различных типов, определены тяговые, тормозные и токовые характеристики поезда типа «Русич». Полученные характеристики были применены для поиска энергоэффективных режимов ведения и для оценки эффективности включения рекуперации на линиях Московского метрополитена.
-
Разработано программное обеспечения для проведения имитационного моделирования движения поезда нового типа по перегону и для поиска энергоэффективного управления. Разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет проводить анализ и выбор энергоэффективных режимов управления движением поезда метрополитена с учетом возврата энергии в сеть при рекуперативном торможении. Расчетная экономия электроэнергии на тягу по линии за счет использования полученных режимов составляет 5 - 6% (с учетом энергооптимального распределения времён хода по перегонам).
-
Разработанный алгоритм управления временем хода поезда метрополитена типа «Русич» является составной частью алгоритмического обеспечения систем автоведения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-практических конференциях «Неделя науки» (МИИТ, 2008 - 201 Опт), на научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» (МИИТ, 2008 - 2010гг), на международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Инновационные технологии в автоматике, информатике и телекоммуникациях» (ДВГУПС, 2008г), на международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» (МИИТ, 2008г, 2010г), на заседаниях кафедры «Управление и информатика в технических системах» МИИТа (2008 - 2011гг).
Реализация результатов работы. Проведены эксперименты на линиях Московского метрополитена, которые позволили оценить адекватность используемых в расчетах моделей и провести уточнение их параметров. Автоматизированная система энергооптимального тягового расчета (АСЭР) дополнена модулями для работы с поездами нового типа и реализована на Московском метрополитене. Полученные времена хода по перегонам и режимы ведения поездов внедрены в постоянную эксплуатацию на Московском метрополитене. Результаты диссертации используются в учебном процессе кафедры «Управление и информатика в технических системах». Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 21 работа. Из них пять - в журнале из перечня ВАК России, 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, 3-х приложений, списка литературы, включающего 123 наименование, изложена на 173 страницах и поясняется 78 рисунками, 17 таблицами. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
