Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика сортировочной станции и проблемы автоматизации сортировочных процессов 14
1.1. Сортировочная станция - базовый элемент перевозочного процесса 14
1.2 Обзор существующих систем автоматизации станционных процессов .25
1.3 Цели и задачи разрабатываемого комплекса 42
2. Методологические основы разработки и внедрения комплексной системы автоматизации сортировочных процессов 44
2.1. Системный подход к анализу сортировочных процессов и синтезу управляющего комплекса 44
2.2. Программное, математическое, техническое обеспечение разработки .52
2.3. Пути и методы совершенствования систем автоматизации сортировочных процессов 58
3. Технологическое и информационное обеспечение системы 74
3.1 Существующий подход к моделированию динамических процессов скатывания отцепов с горки 74
3.2 Микропроцессорная ГАЦ с функциями контроля и накопления вагонов в сортировочном парке ГАЦ МН 82
3.3 Система автоматизированного управления скоростями скатывания отцепов и управления прицельным торможением АРС-УУПТ 94
3.4 Контрольно-диагностический комплекс в АСУ сортировочным процессом 105
3.5 Пути повышения безопасности роспуска составов на сортировочной горке 115
4. Интеллектуализация сортировочных процессов 122
4.1 Совершенствование математического описания инерционных процессов скатывания отцепов с горки 122
4.2 Мониторинг и управление скатыванием отцепов с горки на основе применения нейросетей и беспроводных сенсорных сетей 132
4.3 Разработка автоматов-советчиков, обеспечивающих интеллектуализацию сортировочного процесса 138
4.4 Интеллектуальная диагностика состояния вагонных замедлителей 145
5. Прикладные аспекты исследования и внедрения 150
5.1. Разработка комплекса обеспечивающих технических устройств 150
5.1.1. Устройство плавного управления тормозными средствами 150
5.1.2. Комплекс технических средств логической защиты стрелки 158
5.2. Описание реального внедрения системы 163
Заключение 168
Список использованной литературы 172
Приложения 182
- Сортировочная станция - базовый элемент перевозочного процесса
- Обзор существующих систем автоматизации станционных процессов
- Существующий подход к моделированию динамических процессов скатывания отцепов с горки
- Совершенствование математического описания инерционных процессов скатывания отцепов с горки
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Интеграция России в мировое экономическое сообщество, требования конкурентоспособного и эффективного развития на всех уровнях управления экономикой страны актуализировали проблемы функционирования хозяйствующих субъектов и изменения парадигмы управления ими во всех сферах, в том числе и на железнодорожном транспорте. Это поставило отрасль перед задачей эффективной реструктуризации.
Переход российской экономики на рыночные условия хозяйствования сформулировали новые требования к характеру функционирования железнодорожной отрасли, основными из которых следует считать :
учет экономических критериев работы всех звеньев транспортного конвейера;
повышение качества технологических процессов за счет внедрения инноваций, что повысит конкурентоспособность железнодорожного транспорта на рынке транспортных услуг.
Не исключением в этом ряду являются системы сортировки составов, осуществляемые на сортировочных станциях (СС). В настоящее время ресурсы повышения эффективности работы СС посредством автоматизации ее основных процессов исчерпаны и выход нами видится в создании и внедрении систем нового поколения - систем интеллектуального функционирования, что хорошо корреспондирует с объявленной в отрасли программой реструктуризации.
Интеллектуальность работы СС определяется общей логикой функционирования, включающего человека биологической составляющей комплекса, совокупностью интеллектуально функционирующих элементов и подсистем.
' Гапаиович В.А. Задачи и перспективы инновационного развития отрасли / АСИ, №11, 2007.
'.''..'';' 7
В существующей нормативной литературе по реструктуризации отрасли2 (отдельных предприятий), многочисленных научных, исследованиях3 Много внимания уделяется организационным проблемам преобразования. Достаточно подробно исследуются идеология, структуры, механизмы реструктуризации и функционирования отрасли (предприятия) в новых условиях хозяйствования. Вместе с тем технические, технологические проблемы остались вне пристального внимания, менеджмента отрасли. Это определило выбор темы исследования.
Степень разработанности проблемы.
Проблемы собственно развития отрасли освещены в Стратегических целях развития ОАО «РЖД» на период до 2010 года и в Стратегических направлениях научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период : до 2030 г.
В соответствии со Стратегическими направлениями научно-технического
развития ОАО «РЖД» на период до 2030 года поставлена задача резкого
повышения производительности труда, сокращения эксплуатационных
расходов, перехода на малолюдные технологии работы сортировочных станций
с одновременным повышением безопасности прохождения технологических
процессов формирования-расформирования составов на сортировочных
станциях. Особое внимание обращается на необходимость концентрации
сортировочной работы на крупных сортировочных станциях сетевого и
регионального значения, на которых должны быть обеспечены
высокопроизводительная переработка вагонов и выполнение жестких
...._:... нормативов простоя вагонов. - _.. ._
~ Каинов В.М. Хозяйство СЦБ: проблемы и перспективы реструктуризации/ АСИ, № 1],
2007. ' , ' ;'
3 См. обзор Шабельников А.Н. Новейшие технологии автоматизации работы сортировочных станций / АСИ, № 11,2007.
8 Техническое и технологическое обеспечение станционной работы освещено в трудах Г. Биленко, А. Бородина, А. Казакова, Н. Модина, О. Олейник, Л. Тишкова и др.
Проблемы горочной автоматизации подробно исследованы В. Иванченко, Н. Модиным, А. Савицким, В. Шелухиным, Н. Фонаревым.
В плане построения формальных описаний, разработки инструментария планирования и управления деятельностью СС автор опирался на труды А. Баженюка, Л. Берштейна, М. Бутаковой, Л. Заде, С. Ковалева, Н. Лябаха, А. Мелихова, А. Орлова, С. Светунькова и др.
Интеллектуализации транспортных процессов посвятили свои работы А. Гуда, И. Дергачева, В. Иванченко, С.Ковалев, Н. Лябах, А. Шабельников.
Однако, для практической реализации предлагаемых в анализируемых источниках механизмов описания исследуемых технологических процессов на СС, определения оптимального режима функционирования и управления требуется адаптация имеющегося теоретического и методического инструментария, разработка технического и программного обеспечения и применение формализованных процедур идентификации и принятия интеллектуальных решений. Кроме того, в настоящее время отсутствует единая методология построения АСУ СС, обоснованная с точки зрения системного подхода. Это определило цель и задачи диссертационного исследования.
Цель диссертационного исследования — разработка методов, системы и технологии управления сортировочными процессами, включая механизмы интеллектуализации основных функций процесса сортировки составов.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: Проанализировать состояние и перспективы развития АСУ СС, сформировав актуальные направления исследования и совершенствования деятельности СС.
9 Развить идеологию построения (принципы, структуру и функции) комплексной системы автоматизированного управления сортировочной станцией (КСАУ СС).
Разработать соответствующее программно-математическое
обеспечение автоматизации и интеллектуализации сортировочных процессов.
Разработать контрольно-диагностический комплекс АСУ сортировочным процессом.
Разработать комплекс обеспечивающих технических устройств. Внедрить разработанные в диссертации методы и методики в практику деятельности отрасли, научные исследования и учебный процесс.
Объект исследования: сортировочная станция, технологические процессы расформирования-формирования составов на станции.
Предмет исследования: методы и механизмы автоматизации СП на основе интеллектуализации функций, применения современных информационных технологий и инновационных технологических решений. Положения, выносимые на защиту:
1. Состояние задачи автоматизации СС, в целом, и ее отдельных
подсистем, в частности, характеризуется отсутствием системного подхода к
решению, наличием комплекса технических, технологических, программно-
математических проблем.
Системный подход, обеспечивающий стратегическое видение и решение проблем управления сортировочными процессами, лежит в основе создаваемой методологии управления СП, и в свою очередь требует своего развития с учетом специфики предмета исследования и сферы приложения.
2. Изменение экономической ситуации в России потребовало
изменения миссии, целей и задач функционирования железнодорожного
транспорта.
Основными стратегическими задачами являются: перевод отрасли на рыночные условия хозяйствования; включение инноваций, как основного рычага развития транспортного комплекса.
Разнородность задач моделирования сортировочных процессов требует развития методов идентификации технологических процессов и процедур принятия решений на основе современного математического аппарата: теории нелинейных инерционных систем, теории нечетких множеств, теории нейронных сетей и др.
Успех решения задачи формализованного описания исследуемой предметной области, а также задачи управления СС зависит от полноты, репрезентативности, точности, своевременности исходных данных о системе. Получение этой информации, ее анализ возлагается на описываемый в работе контрольно-диагностический комплекс (КДК).
Определяющим критерием функционирования СС (наряду с минимизацией времени обработки состава, затрачиваемой энергии, стоимости транспортных услуг) является обеспечение заданного уровня безопасности работ. В этой связи актуализируется проблема разработки соответствующей системы безопасности, включающей комплекс организационных, технических, технологических, программно-математических мер.
Научная новизна исследований:
Развито представление о логике, механизмах применения методологии системного подхода в задачах анализа и синтеза системы управления СС, позволившее с одной стороны использовать для решения задач управления СП научные достижения и опыт смежных наук и, с другой, обобщить полученные результаты до возможностей использования их в иных сферах управления.
Предложены:
методика интеллектуализации СП, проиллюстрированная синтезом автом ата-советч и ка;
методика исследования процессов скатывания отцепов с> горки, позволяющая идентифицировать процесс и выработать механизмы адекватного управления им;
II - подходы, использующие нейронные сети и сенсорные системы для моделирования различных процессов и процедур принятия решений на
ее.
Предложенные методики и механизмы составляют основу формализации процессов управления на СГ.
Разработаны алгоритмы управления торможением отцепами на ТП на основе математической модели, учитывающей инерционность исследуемых процессов и использующей схему связей «вход-выход». Определены входные и выходные переменные модели.
Разработаны структура и технологии функционирования КСАУ СС, легко адаптируемые под конкретные условия автоматизации.
Разработаны идеология, технические и технологические решения по созданию КДК в части решения задачи повышения безопасности функционирования горочных устройств путем их диагностики, в том числе предотказной, за счет непрерывного анализа состояния устройств и на этой основе заблаговременного предотвращения возникновения опасных ситуаций.
Систематизированы и развиты меры по повышению безопасности сортировочных процессов, обеспечивающие выполнение нормативных требований, установленных на железных дорогах страны и мира.
Разработан комплекс технических средств, обеспечивающих научные исследования и практику внедрения КСАУ СС.
Теоретико-методологической основой диссертационного
исследования явились научные труды отечественных и зарубежных ученых по данной проблеме, специалистов по управлению сортировочными процессами.
В данном диссертационном исследовании использовались принципы
системного (структурно-функционального) и сравнительного анализов, теория
самоорганизации сложных процессов, статистические методы (корреляционно-
регрессионный анализ), теория нечетких множеств, позволяющая
формализовать опыт и интуицию разработчиков СУ и специалистов по
управлению сложными технологическими процессами, методы
12 интеллектуализации управления, обеспечивающие «разумное» поведение синтезируемой системы в неопределенной среде функционирования.
Информационно-эмпирической базой исследования послужили нормативные документы, законодательные акты, данные мониторинга сортировочного процесса на СС, экспертная информация, полученная на основе авторского обследования.
Теоретическая ценность диссертационного исследования
заключается в разработке общих принципов, универсальных механизмов развития систем автоматизации сортировочных станций.
Практическая значимость состоит в том, что разработанные в работе подходы и методы внедрены в конкретных системах автоматизации технологических процессов на сортировочных станциях:
Микропроцессорная система автоматического управления маршрутами движения отцепов на сортировочной горке с контролем накопления вагонов в сортировочном парке ГАЦ МН;
Система автоматизированного регулирования скорости скатывания отцепов и управления прицельным торможением с накоплением на всю глубину сортировочного парка АРС-УУПТ;
Контрольно-диагностический комплекс станционных устройств зоны горки КДК СУ ГАЦ, обеспечивающий протоколирование и метрологически аттестованные измерения основных технологических параметров функционирования горочных устройств;
Система поддержки принятия решений оперативно-диспетчерского и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки СППР КДК СУ, обеспечивающая интеллектуальный анализ большого количества протокольной и диагностической информации;
- Комплексная система автоматизации управления технологическим
оборудованием компрессорной станции КСАУКС.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры
13 «Информатика» РГУ ПС, конференциях РГУ ПС, на Второй международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2005, г. Сочи, 2005 г., 6-й научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». — Москва, 2005 г., Третьей международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2006, г. Санкт-Петербург, 2006 г.
Результаты диссертационного исследования внедрены в системах автоматизации сортировочных процессов на ст.Красноярск-Восточный Красноярской ж.д., ст. Инская Западно-Сибирской ж.д. и в учебном процессе РГУПС (приложение 2).
Публикации по теме. Основные положения диссертации опубликованы в 18 печатных работах, общим объемом 1,54 п. л.
Структура и объем работы. Диссертация имеет традиционную структуру и состоит из введения, пяти глав, заключения, двух приложений. Она содержит 182 стр. машинописного текста, 24 рисунка, 5 таблиц, и библиографию, содержащую 102 наименования.
Сортировочная станция - базовый элемент перевозочного процесса
Сортировочные станции Российских железных дорог обеспечивают зарождение, переработку и погашение поездопотоков в соответствии с сетевым планом формирования, определяя в значительной мере ритмичную работу всех полигонов транспортной сети в текущий момент, а также, в перспективе, и решающих станций другого назначения.
Различаем две равно важные роли СС: системы, демпфирующие негативные последствия работы транспортного комплекса, системы — генерирующие транспортные потоки, запускающие транспортный конвейер страны.
Параметры, характеризующие основные показатели работы сортировочной станции: - Фактическая переработка в вагонах. - Фактическая переработка в тоннах. - Количество прибывающих поездов. - Среднее количество прибывающих поездов в сутки. - Среднее количество переработанных вагонов в сутки. - Суточная перерабатывающая способность горки. - Время простоя транзитного вагона с переработкой. - Время простоя транзитного вагона без переработки. Сортировочная станция включает в себя парки приёма и отправления поездов, сортировочные горки и вытяжки, подъездные пути предприятий, средства централизации, блокировки и связи (рис. 1.1). В состав сортировочной станции входят, также, станционный технологический центр, товарная контора, служебные помещения для размещения персонала: руководство станции, диспетчерский аппарат, дежурный по станции, приемосдатчики грузов, составительские бригады.
В работе сортировочной станции участвуют работники локомотивного и вагонного хозяйств, механизированных дистанций погрузочно/разгрузочных работ, дистанций СЦБ и связи и другие службы.
На сортировочных станциях с входящим вагонолотоком контролируются и выполняются следующие технологические операции: 1. Прибытие поезда. 2. Списывание по прибытию. 3. Закрепление состава. 4. Уход поездного локомотива. 5. Ограждение состава. 6. Технический осмотр. 7. Коммерческий осмотр. 8. Снятие ограждения. 9. Выдача/уход маневрового локомотива из депо. 10.Заезд маневрового локомотива. 1 1 rTrvMTiPTi ci/nTnpnva 12.Расформирование. 13.Накопление. Н.Маневровые операции. 15.Списывание выставляемых вагонов. 16.Окончание формирования (перестановка состава в парк отправления). 17.По дача/уборка вагонов на грузовые фронты и пути вагонного хозяйства. 18. Отправление. 19.Проследование.
Некоторые из указанных технологических операций частично автоматизированы. Достигнутый уровень автоматизации технологических процессов на сортировочных станциях приведен в табл. 1.1.
Анализ этой таблицы позволяет сделать вывод о недостаточной степени автоматизации сортировочных процессов и совершенно не развитой интеллектуальности функционирования СС.
Первое было необходимо для улучшения производственных параметров исследуемой системы управления (уменьшения времени простоя вагонов на сортировке, повышения перерабатывающей способности системы, увеличения безопасности технологических процессов, улучшения условий труда обслуживающего персонала). Однако существующие на российских железных дорогах условия функционирования средств железнодорожной автоматики (значительный разброс параметров среды функционирования, измерительных и исполнительных устройств), убедительно доказывают невозможность решения этой задачи и возникает насущная потребность во включении в технологический процесс элементов интеллектуализации, решающих проблему снижения размерности, неопределенности систем контроля и управления на СС.
Табл. 1.1 свидетельствует об отсутствии интеллектуальности в перечисляемых схемах управления. Нет механизмов фиксации и передачи машинным блокам принятия решений интеллекта человека - опытного оператора, кет схем генерации машинного интеллекта, опирающегося на преимущества компьтерных средств обработки информации, хотя в научной литературе по теме уже достаточно давно эта тема находит свое развитие.
В 1980 годы В.Н. Иванченко опубликован цикл работ по созданию ИЛУ -информационно-логических устройств, копирующих логику принятия решения человека (модель человеческого интеллектуального функционирования в узкой профессиональной сфере) при управлении сортировочными процессами, в частности при управлении горкой (ИЛУГ), станцией (ИЛУС)4.
Одновременно с этим появились работы украинской школы (Ю.А. Муха) по моделированию процессов скатывания отцепов с горки на участках свободного скатывания, предлагающие схемы статистического моделирования исследуемых процессов на основе методов активного экспериментирования5. До практически значимых результатов эти работы в силу различных объективных (отсутствие соответствующего программного, технического обеспечения) и субъективных причин (неучет условий применения избранного аппарата исследования) доведены не были.
Обзор существующих систем автоматизации станционных процессов
Наиболее полно в настоящее время автоматизирован технологический процесс расформирования составов на сортировочных горках, который состоит из следующих операций:
1. Надвиг и роспуск состава средствами ГАЛС Р, КВГ, ГАЦ МН: Задание маршрута надвига состава на горку; Автоматическое регулирование скорости надвига и роспуска состава с применением переменной скорости роспуска в зависимости от текущей ситуации на горке; Автоматизированная расцепка состава на маршрутные группы -отцепы.
2. Управление маршрутами скатывания отцепов и отслеживание перемещения отцепов в зоне горки средствами ГАЦ МН с автоматизацией следующих функций: Автоматическое управление маршрутами скатывания отцепов путем перевода стрелок. Контроль исполненного роспуска с автоматической передачей в АСУ СС сообщений о вагонах, поступивших на пути сортировочного парка; Контроль маневровых перемещений вагонов на спускной части горки с передачей в АСУ СС сообщений о произведенных перестановках вагонов на путях сортировочного парка со стороны горки.
Эти функции ГАЦ МН позволяют АСУ СС вести модель состояния сортировочного парка в реальном масштабе времени, освобождая накопителей от необходимости вводить информацию в АСУ СС вручную.
Для обеспечения безопасности роспуска в ГАЦ МН реализованы алгоритмы программного автовозврата стрелки, защиты стрелок от перевода под длиннобазными вагонами, исключения взреза стрелок при маневрах, исключения возможности ударов в бок из-за негабарита. Для заблаговременного определения возможных непереводов стрелок по маршруту скатывания, применен принцип упреждающего перевода стрелок на всю длину свободного пробега отцепа по маршруту.
3. Регулирование скорости движения отцепов путем торможения их на замедлителях тормозных позиций с целью обеспечения необходимых интервалов между скатывающимися отцепами и соединения их на путях сортировочного парка с допустимой скоростью: Механизация третьих тормозных позиций для сокращения количества составителей-регулировщиков скорости, выполняющих торможение отцепов при помощи тормозных башмаков с обеспечением сохранности колесных пар вагонов от образования ползунов. Автоматизация процесса регулирования скорости движения отцепов средствами системы АРС-УУПТ.
Для решения задачи автоматизированного регулирования скоростей скатывания отцепов на замедлителях 1-й, 2-й и 3-й тормозных позиций в системе АРС-УУПТ ведется непрерывная модель движения отцепов на спускной части горки и на путях сортировочного парка в зоне действия аппаратуры контроля заполнения путей (КЗП). Вес вагона измеряется весомерными устройствами измерительных участков, находящихся на каждом пути скатывания сразу за горбом горки. Текущие скорости отцепов на тормозных позициях измеряются при помощи скоростемеров, между тормозными позициями скорости рассчитываются по модели с учетом веса и характеристик отцепов и корректируются в момент прохождения ими датчиков счета осей. По данным модели размещения и движения отцепов на путях сортировочного парка непрерывно ведется измерение динамического профиля пути. Информация о профиле путей сортировочного парка используется для расчета скоростей выхода отцепов из парковой тормозной позиции, исходя из необходимости обеспечения допустимой скорости соударения отцепов - 5 км/час. На рис. 1.2 показан расчетный динамический профиль пути сортировочного парка.
Существующий подход к моделированию динамических процессов скатывания отцепов с горки
Существующие технологии роспуска составов на горке опираются на простейший математических аппарат, описывающий движение отцепа по СГ как материальную точку с равнопеременным и/или равномерным режимом скатывания. Действительно, расчет ускорений отцепов на контрольных участках производится по формуле (V вх - V ВЬ1Х) где: Ат = , (3.1) 2L Увых - скорость выхода отцепа из предыдущего контрольного участка; VBX — скорость входа отцепа на текущий контрольный участок или ТП; L - длина контрольного участка. Далее полученное ускорение записывается в соответствующую таблицу, в зависимости от весовой категории и количества вагонов в отцепе.
При расчете скоростей выхода из вышележащей тормозной позиции используется информация о допустимых ( рекомендуемых ) скоростях входа в нижележащую тормозную позицию. По скорости входа в нижележащую тормозную позицию с учетом накопленных ускорений на контрольном участке (КУ), рассчитывается скорость выхода из вышележащей тормозной позиции по формуле Увых = л/v2 вх - 2AL , (3.2) где VBX - скорость входа в нижележащую тормозную позицию; А - среднее накопленное ускорение на контрольном участке; L - длина контрольного участка.
Затем проверяется наличие других отцепов на участке между тормозными позициями и рассчитываются скорости разводки и интервальные скорости.
В алгоритмах расчета скорости выхода отцепов из 1-2 ТП движение отцепов на участках свободного скатывания предполагается неравномерным, а по ТП - равнозамедленным. Наиболее критическая ситуация, которая может сложиться при расчете скорости выхода отцепа из 1, 2 ТП, предполагает наличие нескольких отцепов на участке свободного скатывания и отцепа на нижележащей ТП.
Расчет скорости выхода из ТП осуществляется таким образом, чтобы: 1) Обеспечить заданное (минимальное) время нахождения отцепа на участке свободного скатывания (1-2 ТП, 2-3 ТП) при условии обеспечения возможности вытормаживания его на нижележащей ТП до скорости 5 км/ч. 2) Исключить нагон отцепа, находящегося на участке между ТП. 3) Исключить удар в "бок" отцепа, движущегося на участке между ТП. 4) Исключить нагон отцепа, находящегося на нижележащей ТП. В дальнейшем при описании алгоритма расчета скорости используются следующие условные сокращения: - отцеп 0 - отцеп, для которого рассчитывается скорость выхода из ТП; - отцеп 1 - отцеп, находящийся на участке между ТП; - Vp - расчетная скорость выхода отцепа из ТП; - VOBX - скорость выхода, обеспечивающая выполнение 1-го условия; - Vnl, Vn2 - ограничение сверху, на скорость выхода, обеспечивающее выполнение 2-го условия (для 2-х отцепов); - Vg], Vg2 - ограничение сверху на скорость выхода, обеспечивающее выполнение 3-го условия (для 2-х отцепов); - Vtp - ограничение сверху на скорость выхода, обеспечивающее выполнение 4-го условия. Рассматриваемые условия накладывают ограничения на скорость выхода отцепа из ТП и, чтобы она удовлетворяла всем условиям, в качестве расчетной берется скорость: Vp = MIN (VOBX, Vnl, Vn2, Vgl, Vg2, Vtp). (3.3)
Задача расчета интервальной скорости выхода отцепа из ТП производит расчет скорости выхода отцепа из ТП и обеспечивает выполнение следующих условий: - исключить нагон отцепа, находящегося между ТП; - обеспечить "разводку" отцепов в зависимости от уровня стрелки разведения; - исключить удар в "бок" отцепа, движущегося на участке между ТП.
Данная задача рассчитывает скорости Vnitl, Vnit2, Vgl, Vg2 соответственно для двух отцепов, находящихся на участке движения по маршруту отцепа на текущей ТП. Сначала определяется расчетная скорость выхода впереди идущего отцепа из нижележащей ТП по формуле VP2 = VV2BX-2AL . (3.4) Затем определяется прогнозная скорость входа впереди идущего отцепа на "нитке" в нижележащую ТП по формуле: VBX = -VV2+ 2AL , (3.5) где: - V - скорость впередиидущего отцепа на "нитке"; - А - среднее накопленное ускорение отцепов данного типа на участке движения между ТП; - L - длина свободного пробега отцепа на "нитке"; Далее определяется средняя скорость движения отцепа до выхода из нижележащей ТП:
Совершенствование математического описания инерционных процессов скатывания отцепов с горки
Как следует из описания существующей технологии скатывания отцепа с горки (см. раздел 3.1) и на УСС и на ТП для расчета скорости выхода отцепа с участка используется одно соотношение Увых = л/У2вх-2АЬ, (4.1) где Увых - скорость выхода с УСС (ТП), Vex - скорость входа на УСС (ТП); А - среднее накопленное ускорение на участке; L - длина участка (УСС или ТП). Далее под участком понимаем УСС, ТП, некоторое объединение последних. Если соотношение (4.1) разложить в степенной ряд, то он в общем случае будет иметь вид: Увых = а о + а, Увх + сь У2вх + ... (4.2)
То есть в составе значения выходной скорости отцепа с участка присутствуют все степени входной. Соотношение (4.2) из (4.1) получено в предположении, что ускорение на участке постоянно, что, очевидно, является существенным упрощением. Таким образом, зависимость между входной и выходной скоростями отцепа на участке является сложной нелинейной зависимостью.
При некоторых предположениях и ограничениях на свойства технологического процесса, например, следующих: «средняя скорость скатывающихся отцепов на заданном участке должна быть постоянной» формула (4.2) упрощается. Технологически для УСС это означает обеспечение условий интервального регулирования, так как в этом случае все отцепы на участке пребывают примерно одинаковое время и вероятность нагона снижается. Для ТП - кроме выше указанного качества технологического процесса, дополнительно при этом верно также следующее утверждение: «плохие отцепы» тормозятся меньше, чем «хорошие». Что также хорошо согласовывается с решением проблем скатывания. При управпении скатыванием в качестве участка следует в этом случае рассматривать объединение УСС и ТП. Из (4.1) следует: У2вых - V2ex = -2AL, откуда, при (Увых + Vex)/2 = Ъ - константа, легко получается частное для (4.2) (линейное) выражение: Увых = а о + сі) Увх, (4.3) где сіо - - A L/b, а а і = 1. В этом частном случае все слагаемые соотношения (4.2) кроме первых двух несущественны.
Для оценки степени важности слагаемых в выражении (4.2), что равносильно возможности принимать (выставлять) те или иные предположения относительно управляемого процесса, необходимо разработать механизм выделения (оценки) этих слагаемых. Если для конкретного процесса скатывания окажется, что линейный слагаемый является преимущественным, то можно ориентироваться на реализацию интервального регулирования путем обеспечения постоянной средней скорости на участке. В противном случае этого сделать не удастся.
В связи с вышесказанным возникает следующая математическая задача: по результатам наблюдений за процессом скатывания отцепов, путем расчетов оценить величины слагаемых в (4.2). Ниже предлагается следующий путь решения поставленной задачи.
Предположим, что в соотношении (4.2) все члены ряда со степенью выше N тождественно равны нулю, то есть мы по факту имеем не ряд, а полином N-ой степени. Для получения необходимых расчетных данных один и тот же отцеп следует «спустить» по исследуемому участку несколько раз с различной начальной скоростью Vexi = сУ, (4.4) где Cj некоторый коэффициент, V - максимально возможная скорость на участке. Если эксперимент провести N+1 раз, то получим: Увыхг = ао+ a; Vexi + а2 У"вхі + ... + a, Vexi + ... + aN vexi, где г изменяется от 0 до N. С учетом соотношения (4.4) имеем: Увыхг =а0+ а} с У + а2 с у7 + ... + cij d У + ... + с У . (4.5) Обозначив а0 = х0 и aiVj = xj, (4.6) получим систему N+1 линейных алгебраических уравнений (с.л.а.у.) с N+1 неизвестными:
Увыхг = х0+ С/Х/ + c jX2 + ... + d,xinj + ... + с jXN , (4.7) решение которой выражается соотношениями: А, j = 0,N , ГДЄ А = I ,1 С, С]. .С, 4, = У 1)1) І)--1-!) NУш сг-с, 1 с,j с], -С." У иы C:J -С (4.8) Если N- со или очень велико и объект аппроксимируется полиномом степени т, то возникает ошибка, для верхней грани которой в работе21 получена оценка: Э = 7 + 77/ 1 ,11 , где Тп - матрица коэффициентов с\ размера (m+l)-(m+l) первых (тп+1) строк и столбцов определителя А, Т12 - матрица размера (m+l)-(N-m-l) первых (т+1) строк и последних (N-m-1) столбцов А.
