Повышение качества управления процессами торможения и разгона рельсового транспорта Билик Ростислав Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Процессы торможения и разгона. Структуры управления

1.1. Об актуальности управления процессами торможения и разгона 12

1.2. Структура систем автоматического управления процессами торможения и разгона 16

1.3. Используемые показатели качества 22

1.3.1. Определение используемых показателей качества 26

1.3.2. Оценка показателей качества 28

1.3.3. Обоснование выбора шага дискретности для импульсного датчика скорости 32

Выводы по главе 1 35

Глава 2. Анализ и синтез алгоритмов обработки и управления

2.1. Анализ влияния погрешностей импульсного датчика скорости на погрешность оценивания показателей качества 37

2.2. О требованиях, предъявляемых к производительности управляющего устройства системы управления 43

2.3. Оптимизация алгоритма обработки выходного сигнала импульсного датчика скорости 46

2.4. Анализ и синтез алгоритмов циклограммирования и управления 50

2.4.1. Алгоритм управления для диапазона большой скорости 52

2.4.2. Математический цикл управления для диапазона большой скорости 54

2.4.3. Алгоритм управления для диапазона малой скорости 62

2.4.4. Математический цикл управления для диапазона малой скорости 64

2.5. Алгоритм формирования управляющего воздействия 69

Выводы по главе 2 76

Глава 3. Экспериментальные исследования и оценка эффективности алгоритмов системы управления

3.1. Методика эксперимента 77

3.1.1. Структура эксперимента 77

3.1.2. Сбор и обработка экспериментальных данных 83

3.1.3. Комплекс сервисного программного обеспечения . 86

3.2. Опытный образец противогозобоксовочной системы управления 98

3.2.1. Управляющее устройство 99

3.2.2. Импульсный датчик скорости 103

3.2.3. Исполнительные механизмы 107

3.3. Результаты экспериментальных испытаний системы управления процессами торможения и разгона 110

3.3.1. Проверка эффективности управления процессом интенсивного разгона ПО

3.3.2. Проверка эффективности управления процессом экстренного торможения 117

Выводы по главе 3 124

Заключение. 125

Литература 127

• Структура систем автоматического управления процессами торможения и разгона
• Анализ влияния погрешностей импульсного датчика скорости на погрешность оценивания показателей качества
• Математический цикл управления для диапазона большой скорости
• Комплекс сервисного программного обеспечения

Введение к работе

Процессы разгона и торможения рельсовых транспортных средств в нашей стране относятся к малоизученной области знаний и начали исследоваться сравнительно недавно. В связи с тем, что такие процессы носят случайный и нестационарный характер, они плохо поддаются математическому описанию и моделированию, что является одной из причин отсутствия на сегодняшний день достаточно полной теоретической проработки данной тематики [1]. Однако, несмотря на это, при создании современных колесных транспортных средств, перед разработчиками все чаще встают задачи обеспечения возможности автоматического управления процессами разгона и торможения. При этом преследуются такие цели, как:

- повышение безопасности движения;

- повышение надежности транспортных средств и дорожного покрытия (применительно к железной дороге - рельсовых путей);

- минимизации тормозного пути;

- повышение комфорта.

Причем для различных видов колесного транспорта на первый план выходят различные цели. Так, для автомобильного транспорта основной целью является повышение безопасности движения. Система управления должна воспрепятствовать заносу и сохранить управляемость при экстренном торможении или интенсивном разгоне автомобиля. Для железнодорожного транспорта наиболее важным является обеспечение сохранности элементов шасси и железнодорожного полотна [2,3,4,5,6]. Система управления должна не допустить заклинивания колеса при торможении, так как это приводит к его частичному разрушению, а также ограничить боксование при разгоне, так как интенсивное боксование вызывает перегрузку тяговых двигателей- [6,7].

За рубежом исследования по данной тематике начались с середины 50-ых годов [8]. В результате сегодня мы можем видеть, что практически все современные автомобили иностранного производства оборудуются ABS (антиблокировочная система тормозов) и ASR (система контроля силы тяги двигателя). Железнодорожный транспорт также оснащается подобными системами автоматического управления [9]. В англоязычных журналах и переводных изданиях периодически встречаются статьи, посвященные данной тематике [8,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22].

Однако сведения, приводимые в различных научных журналах, носят достаточно отрывистый и фрагментарный характер. К тому же производители не раскрывают алгоритмы и принципы, на которых основано функционирование, разработанных ими систем управления. В то же время Международный Союз Железных Дорого (МСЖД) [34] вьгаустил документ МСЖД 541-05VE - "Предписание для проектирования устройств защиты от проскальзывания колесных пар" [9]. В этом документе отмечается, что применение механических противогазных систем предписывается для вагонов, построенных после 01.01.74 г., а применение электронных противогазных систем предписывается для вагонов, построенных после 01.01.80 г. На документ МСЖД 541-0 5VE также ссылается испытательный центр железнодорожной техники ВНИИЖТ МПС в документе ТМ-04-001-91 [35. с.22-26] "Методика 3. Испытания противогазных устройств".

Исходя из приведенных выше нормативных документов, а также с учетом того, что в России исследования в данной области находятся в стадии становления, следует, что создание систем автоматического управления процессами разгона и торможения рельсовых транспортных средств на сегодняшний день является актуальной научной задачей.

В качестве объекта исследования в данной работе выступает система автоматического управления и обработки информации. Предметом исследования является управление процессами торможения и разгона. С точки зрения новизны, объект исследования традиционный, в то время как предмет исследования является новым.

Основными научными задачами, решаемыми в рамках данной работы, являются:

1. исследование динамики процессов торможения и разгона с целью определения их основных особенностей и параметров;

2. создание алгоритмов обработки и способов, повышающих качество управления процессами торможения и разгона.

Целями исследования диссертационной работы являются:

1. повышение безопасности движения рельсового транспорта в режимах торможения и разгона;

2. повышение надежности рельсовых путей и шасси рельсовых транспортных средств;

3. минимизация тормозного пути при управляемом процессе торможения;

4. повышение комфортности передвижения,рельсовым транспортом.

Перечисленные цели достигаются за счет разработанных в рамках данного исследования алгоритмов обработки и управления. В частности в работе предлагается новый способ управления, обеспечивающий устойчивое управление процессом торможения даже при 100%-ом синхронном скольжении всех колес носителя. Алгоритм обработки сигнала от импульсного датчика скорости с малым числом ламелей. Алгоритм, обеспечивающий раздельное управление для диапазона малой скорости (до 20 км/ч) и диапазона большой скорости (свыше 20 км/ч).

На защиту выносится:

1. способ и алгоритмы для системы управления процессом торможения;

2. алгоритм для системы управления процессом разгона; 3. способ оценки скорости носителя, обеспечивающий функционирование системы управления в условиях 100%-го синхронного скольжения всех колес;

4. специальное программное обеспечение, реализующее разработанные алгоритмы управления;

5. общее программное обеспечение, позволяющее производить настройку разработанных алгоритмов управления;

6. экспериментальный образец системы автоматического управления процессами торможения и разгона рельсового транспорта.

У автора данной работы имеются следующие публикации по теме диссертации:

1. Билик Р.В., Марон А.С. Снижение уровня флуктуации выходного сигнала датчика скорости противоюзобоксовочного устройства за счет размещения датчика на валу тягового двигателя. Транспортный электропривод - 2001. Сб. тезисов докладов Электросила № 41, 2002г / Под редакцией Н.Д. Пинчука.

2. Билик Р.В., Сорокин А.А. Организация вычислительного процесса в многопроцессорных вычислительных системах обработки радиолокационной информации. Актуальные вопросы ракетостроения. Сб. статей / Под общей ред. д.т.н., проф. Ю.П. Савельева. Выпуск 1. - СПб.: БГТУ. 2001. С. 183-188. (Положения, предлагаемые в статье, были использованы при организации подсистемы регистрации).

3. Билик Р.В., Алексеев П.С. Способы борьбы с синхронным юзом в противогазных устройствах. Актуальные вопросы управления в технике и экономике. Сборник трудов студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых БГТУ / Под общей ред. д.т.н., проф. СМ. Стажкова. - Санкт-Петербург 2003. УДК 681.5+65 А43. 4. Акт о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Билика Р.В. Акт выдан ОАО "Экспериментальным заводом" ХК "Ленинец" (см. прил. 5).

5. Заявление о выдаче патента Российской Федерации на изобретение [92], а также решение о выдаче патента на изобретение "Способ предотвращения юза тормозящего колеса" (см. прил. б).

В результате выполнения диссертационной работы получены следующие научные результаты:

1 исследована динамика процессов торможения и разгона и выявлены их основные особенности и параметры.

2 найдены следующие алгоритмы обработки и способы, обеспечивающие повышение качества управления процессами торможения и разгона:

2.1,алгоритм управления тормозной системой, обеспечивающий ограничение скольжения колеса на уровне не более 54%;

2.2. алгоритм управления тяговыми двигателями, снижающий уровень боксования в 5-7 раз;

2.3.способ обработки сигнала, обеспечивающий устойчивое функционирование системы управления в условиях даже 100%-го синхронного скольжения всех колес носителя;

2.4.алгоритм обработки выходного сигнала импульсного датчика скорости с малым (в 7-8 раз меньшим, чем у зарубежных аналогов) числом ламелей; Основными прикладными результатами работы являются:

1. специальное программное обеспечение, реализующее предлагаемые алгоритмы обработки и управления;

2. общее программное обеспечение, позволяющее производить настройку и отработку алгоритмов обработки и управления;

3. экспериментальный образец системы автоматического управления процессами разгона и торможения рельсового транспорта; 4. применение разработанных алгоритмов обработки и управления в серийно-выпускаемой противоюзобоксовочной системе управления для железнодорожного транспорта ДУКС.

Диссертационная работа состоит из трех глав. Первая глава является обзорно-постановочной. В этой главе показан внешний вид и характер подлежащих обработке сигналов. Вводится структура системы управления процессами разгона и торможения, обосновывается выбор множества показателей качества, дается их определение и оценка. Также дается обоснование применения импульсного датчика скорости и предлагается методика выбора шага дискретности. Объем первой главы составляет 25 страниц (примерно 20% от общего объема диссертации).

Вторая глава является теоретической. В этой главе осуществляется анализ и синтез алгоритмов обработки и управления. Оцениваются ошибки, возникающие при расчёте показателей качества, которые вызваны погрешностями в импульсном датчике скорости. Анализируются требования, предъявляемые к производительности микропроцессорного устройства. Объем второй главы составляет 40 страниц (примерно 30% от общего объема диссертации).

Третья глава экспериментальная. В этой главе приводится методика эксперимента. Подробно описывается разработанное общее программное обеспечение, которое предназначено для обработки экспериментальных данных. Кратко описан экспериментальный образец противоюзобоксовочной системы управления, приведено несколько фотографий. В главе также рассматриваются два натурных эксперимента. В этих экспериментах анализируется эффективность работы опытного образца системы при управлении процессами разгона (первый эксперимент) и торможения (второй эксперимент), Объем третьей главы составляет 48 страниц (примерно 37% от общего объема диссертации).

В приложениях 5 и 6 приводятся акты о внедрении результатов диссертационного исследования, а также заявка на изобретение.  

Структура систем автоматического управления процессами торможения и разгона

Если при торможении поезда к колесам прикладывается тормозная сила, которая замедляет вращение колес, то при разгоне к ним прикладывается крутящий момент, который увеличивает частоту их вращения. Как и при торможении, коэффициент трения в контакте колеса с рельсом ограничивает крутящий момент при разгоне до величины, при которой не будет пробоксовки колес.

Из-за того, что коэффициент сцепления между рельсом и колесом может варьироваться в достаточно широком диапазоне (от 0.02 на мокрых, обледенелых или покрытых листвой рельсах до 0.2 на сухих чистых рельсах [5,6]), необходимо обеспечить возможность автоматического управления силами тяги и торможения, прикладываемым к колесным парам.

Особую актуальность противоюзобоксовочные системы управления приобретают на грузовых поездах, работающих на горных выработках, когда составы вынуждены порожними идти под уклон. В этом случае активно используется пневматическое торможение и, как следствие, велика вероятность возникновения юза.

В настоящее время для того, чтобы снизить вероятность возникновения юза, зачастую идут на такую радикальную меру, как снижение давления в тормозной магистрали со штатного уровня в 4.0-5.0 атмосфер до 2.0-2.5 атмосфер. При таком давлении скольжение практически не реализуется даже на мокрых скользких рельсах. Однако, это приводит к тому, что на сухих чистых рельсах не обеспечивается максимальный тормозной эффект при экстренном торможении и, следовательно, значительно увеличивается тормозной путь. Необходимость Б автоматическом управлении силами тяги и торможения в зависимости от коэффициента сцепления послужила основной причиной, по которой были начаты исследования и попытки создания электронной противоюзобоксовочной системы управления, предназначенной для борьбы со скольжением колесных пар подвижного железнодорожного состава.

Есть ещё одна причина, побудившая начать исследования в данной области. Эта причина носит скорее экономико-политический характер. Дело в том, что в соответствии с современными международными стандартами (предписание МСЖД 541-05 VE) все вагоны, выпущенные после 1 января 1980 года, должны быть оборудованы электронными противоюзобоксовочными системами управления. Из представленного выше материала можно сделать вывод, что работа по данной тематике в настоящее время является весьма актуальной и применительно к железной дороге позволит достичь следующих результатов: - повышение безопасности движения железнодорожного транспорта; - сохранность колесных пар, железнодорожного полотна и, как следствие, снижение затрат на их обслуживание - увеличение эффективности торможения на сухих чистых рельсах; - повышение комфорта на пассажирских поездах; - возможность экспорта отечественных поездов в европейские страны. В настоящее время за рубежом, в частности во Франции, Германии и США, ведутся активные работы по созданию противоюзобоксовочных систем управления. В англоязычных журналах периодически встречаются статьи, посвященные данной тематике, в которых описываются технические характеристики новых систем управления. Однако информация о реализованных в них алгоритмах управления не раскрывается. В нашей стране это направление только начинает развиваться. В научной статье, посвященной применению противоюзобоксовочных систем для железнодорожного транспорта, М. Буато [8] сделал попытку классификации таких систем управления на системы первого и второго поколения. Устройства первого поколения являлись механическими. Они были достаточно крупногабаритными и дорогостоящими. Но основным их недостатком являлось то, что при управлении процессом торможения, они не поддерживали заданную оптимальную величину скольжения колеса относительно рельса, а работали в циклическом режиме. При управлении каждый цикл состоял из периода скольжения и следующего за ним периода без скольжения. Работа таких устройств сопровождалась кратковременными изменениями давления в рабочих тормозных цилиндрах, что приводило к слишком малым величинам среднего давления и очень большому расходу воздуха. Малая величина среднего значения давления приводила к чрезмерному увеличению длины тормозного пути, а повышенный расход воздуха мог привести к истощению тормозной магистрали (особенно при длительном торможении). По данным, полученным на испытаниях, при таком управлении процессом торможения комбинированными тормозами (дисковые и колодочные) зафиксировано удлинение тормозного пути на 60%. При торможении только дисковыми тормозами тормозной путь увеличился на 115% [8]. Кроме того, по причине большой инерционности тормозной системы устройства первого поколения не могли обеспечить требуемой динамики и имели большую величину перерегулирования, из-за чего колеса могли находиться в заблокированном состоянии до нескольких секунд. Очевидно, чтобы избежать этого, необходимо было значительно сокращать время реакции системы управления. То есть, другими словами, требовалось не фиксировать полную блокировку колес, а иметь возможность количественного определения и поддержания оптимальной величины скольжения. Противоюзобоксовочные системы управления, позволяющие оценивать и контролировать величину скольжения, относятся к системам второго поколения [8].

Анализ влияния погрешностей импульсного датчика скорости на погрешность оценивания показателей качества

Процессы разгона и торможения по своей природе относятся к процессам реального времени [47,48,61]. Поэтому система, управляющая такими процессами, должна формировать команды управления за строго детерминированный промежуток времени, который обозначим Тдоп. С другой стороны, в состав системы автоматического управления входит цифровой вычислитель. Следовательно, такая система характеризуется некоторой постоянной времени дискретизации, которую будем обозначать Тчшав. При этом должно выполняться условие Тщаа Тдоп [61]. В соответствии с введенной в п. 1.2 структурой системы управления (см. рис. 1.3) за интервал времени ТциК1Ш должно быть выполнено: Таким образом, функционирование системы управления заключается в циклическом выполнении перечисленных выше действий с периодом Тци!аа. Как уже было отмечено выше, эти циклы являются единицей дискретизации цифровой системы управления и для обеспечения надежного функционирования системы должны быть строго детерминированы [48]. Каждый такой цикл, в свою очередь, можно разделить на две части - цикл накопления сигнала и математический цикл управления (цикл обработки сигнала). В течение первого цикла производится накопление и первичная обработка сигнала, поступающего от датчиков. Математический цикл управления предназначен для обработки накопленных данных (оценки показателей качества, дополнительной цифровой обработки, оценки интегральной ошибки и формирования команд управления). На рис. 2.6 показана укрупненная циклограмма алгоритма системы управления процессами торможения и разгона.Так как в течение математического цикла всегда выполняется заранее определенное количество известных операций его длительность постоянна. Иначе обстоит дело с циклом накопления. Как было показано в п.2.1.2, время накопления сигнала находится в прямой зависимости от скорости колеса. После оптимизации алгоритма обработки (см. п.2.2) удалось ограничить максимальную частоту входного сигнала. При коэффициенте деления Кы 1 длительность цикла накопления приблизительно одинакова (см. рис.2.5). Однако, на скоростях, близких к минимальной VKrtia, когда коэффициент деления Кы = 1, частота входного сигнала сильно понижается, что является причиной удлинения в несколько раз цикла накопления. В результате длительность Тцикла становится непостоянной. При этом из рис. 2.5 можно заметить, что при коэффициенте деления Кы 1, цикл накопления изменяется в диапазоне Tx={f2atraf). А при Кы =1 цикл накопления изменяется в диапазоне Т2 = (Atmax MmaJ» причем Т2 »ТХ. В качестве иллюстрации приведем следующий пример. При создании противоюзобоксовочной системы управления для железнодорожного транспорта было установлено, что на минимальной скорости VKnin = 0.5м/с (Кы=1) цикл накопления составляет 750 мс, а начиная со скорости VK=3M/C (Kmt=2), цикл накопления составляет всего 70 мс -разница более чем на порядок. Поэтому целесообразно разделить весь рабочий диапазон скоростей, в котором функционирует система управления, на два диапазон малой скорости и диапазон большой скорости (рис.2.7). Алгоритм управления для диапазона большой скорости реализуется при коэффициенте деления Кы 1. В этом алгоритме для одного цикла работы системы Тчикпа осуществляется накопление сигнала в виде пачек, состоящих из двух импульсов входного сигнала. Количество накапливаемых пачек соответствует количеству осей, торможением (разгоном) которых управляет система. Длительность цикла накопления сигнала строго фиксирована и выбирается таким образом, чтобы при равномерном движении момент поступления второго импульса приходился на середину этого цикла. Это позволяет иметь одинаковый временной запас как по юзу, так и по боксованию. Связано это с тем, что при торможении временные интервалы между импульсами увеличиваются и при некотором предельном замедлении второй импульс не попадет в интервал измерения. В этом случае количественная оценка скорости колеса оказывается невозможной. Можно только предположить, что данное колесо попало в юз и в связи с этим принять решение об активном вмешательстве в процесс торможения. То же самое касается и процесса разгона: когда начинается боксование, интервалы между импульсами сокращаются, и в предельном случае времена поступления первого и второго импульсов совпадают. По смыслу это соответствует случаю с выходом второго импульса за пределы цикла измерения при торможении, но с обратным знаком. Таким образом, если время прихода второго импульса лежит в середине цикла накопления, это позволяет иметь дело с одинаковыми предельными значениями параметров вращения оси как по юзу, так и по боксованию.

Математический цикл управления для диапазона большой скорости

Экспериментально подтверждена эффективность предлагаемых в работе алгоритмов обработки сигнала и управления. Важно отметить, что реализованные в рамках данного исследования эксперименты проводились не только с моделями, но также и с реальными объектами управления (подвижной железнодорожный состав), что в значительной степени повышает достоверность результатов исследования. 2. Экспериментально установлено, что применение системы управления процессом разгона и торможения позволяет: а) снизить боксование колесных пар более чем в 5 раз; б) обеспечить защиту от полной блокировки колесных пар и ограничить скольжение на уровне 54%; в) повысить общую динамику разгона и торможения поезда. г) уменьшить вероятность возникновения перегрузки тяговых электродвигателей по напряжению, что повышает их надежность; 3. Созданный по результатам выполненных исследований опытный образец системы управления послужил прототипом для создания и выпуска семейства противоюзобоксовочных систем управления ДУКС (см. прил. 2), Это подтверждается соответствующим актом о внедрении (см. прил. 5) и протоколом пробеговых испытаний (см. прил. 7). 4. Разработанный комплекс сервисного программного обеспечения производит не только регистрацию экспериментальных данных, но также их обработку и графическое представление. При разработке комплекса сервисного программного обеспечения использовались материалы автора данной работы, опубликованные в работе [64]. В результате проведенного исследования была установлена высокая степень актуальности решения задачи эффективного управления не только процессами торможения, но и процессами разгона колесного рельсового транспорта. В то же время выяснилось, что в России исследования в данной области практически отсутствуют.

На основе проведенных исследований предложен один из вариантов структуры системы автоматического управления. Проанализированы рекомендации Международного Союза Железных Дорог относительно выбора показателей качества для систем управления процессами торможения и разгона. В результате было дано обоснование расширения множества показателей качества добавлением в него первой и второй производных от скорости колеса, что позволило на порядок сократить время обнаружения развития скольжения.

В работе дано обоснование применения импульсного датчика скорости с малым (в 5-7 раз меньшим, чем у зарубежных аналогов) числом ламелей, что в совокупности с предложенным алгоритмом обработки сигнала позволило повысить надежность датчика, снизить его массогабаритные показатели, уменьшить его стоимость и смягчить требования к точности изготовления. Следствием этого явилось также расширение области применения такого датчика в частности для автомобильного колесного транспорта.

Предложенный алгоритм управления, заключающийся в применении различных способов обработки сигнала для двух скоростных диапазонов (диапазона малой и большой скорости), позволил на порядок сократить цикл накопления сигнала в диапазоне большой скорости, следствием чего явилось значительное повышение быстродействия системы управления на больших скоростях.

Кроме того, автором данной работы предложен оригинальный алгоритм оценки скорости носителя, позволяющий устойчиво функционировать системе управления процессом торможения в условиях полной блокировки колес (100%-ое скольжение). Предложенный алгоритм оформлен в виде заявки на изобретение и в данный момент находится на стадии экспертизы (см. прил. 6).

Применение микропроцессорного устройства позволило реализовать предложенные алгоритмы обработки сигнала и управления на программном уровне, что в сочетании с использованием заранее заложенными в ПЗУ таблицами с эталонными показателями качества обеспечило гибкость в настройке системы управления на характеристики конкретной тормозной системы.

Результаты представленного диссертационного исследования подтверждены экспериментально. Предложенные в работе алгоритмы реализованы в опытном образце противоюзобоксовочной системы ДУКС. Эффективность алгоритмов была неоднократно подтверждена многочисленными экспериментами, которые выполнялись как на лабораторных стендах, так и в условиях натурных испытаний. Так, на основании проведенных натурных экспериментов установлено, что разработанные алгоритмы управления позволяют в режиме экстренного торможения поезда ограничить величину скольжения колес на уровне 54%. А в режиме интенсивного разгона удалось добиться снижения избыточного проскальзывания колес более чем в 5 раз.

Главным практическим результатом диссертационного исследования явилось внедрение его основных положений и научно-практических рекомендаций при создании и выпуске на ОАО "Экспериментальный завод" ХК "Ленинец" семейства противоюзобоксовочных систем управления для железнодорожного транспорта. Свидетельством практической ценности данной работы являются: акт о внедрении (см. прил. 5), решение о допуске к эксплуатации созданной системы управления на линиях Московского метрополитена с пассажирами (см. прил. 7), а также решение межведомственной комиссии о присвоении конструкторской документации системы управления литеры «01» (серийное изделие) (см. прил. 8).

Комплекс сервисного программного обеспечения

Важно отметить, что реализованные в рамках данного исследования эксперименты проводились не только с моделями, но также и с реальными объектами управления (подвижной железнодорожный состав), что в значительной степени повышает достоверность результатов исследования. 2. Экспериментально установлено, что применение системы управления процессом разгона и торможения позволяет: а) снизить боксование колесных пар более чем в 5 раз; б) обеспечить защиту от полной блокировки колесных пар и ограничить скольжение на уровне 54%; в) повысить общую динамику разгона и торможения поезда. г) уменьшить вероятность возникновения перегрузки тяговых электродвигателей по напряжению, что повышает их надежность; 3. Созданный по результатам выполненных исследований опытный образец системы управления послужил прототипом для создания и выпуска семейства противоюзобоксовочных систем управления ДУКС (см. прил. 2), Это подтверждается соответствующим актом о внедрении (см. прил. 5) и протоколом пробеговых испытаний (см. прил. 7). 4. Разработанный комплекс сервисного программного обеспечения производит не только регистрацию экспериментальных данных, но также их обработку и графическое представление. При разработке комплекса сервисного программного обеспечения использовались материалы автора данной работы, опубликованные в работе [64].

В результате проведенного исследования была установлена высокая степень актуальности решения задачи эффективного управления не только процессами торможения, но и процессами разгона колесного рельсового транспорта. В то же время выяснилось, что в России исследования в данной области практически отсутствуют.

На основе проведенных исследований предложен один из вариантов структуры системы автоматического управления. Проанализированы рекомендации Международного Союза Железных Дорог относительно выбора показателей качества для систем управления процессами торможения и разгона. В результате было дано обоснование расширения множества показателей качества добавлением в него первой и второй производных от скорости колеса, что позволило на порядок сократить время обнаружения развития скольжения.

В работе дано обоснование применения импульсного датчика скорости с малым (в 5-7 раз меньшим, чем у зарубежных аналогов) числом ламелей, что в совокупности с предложенным алгоритмом обработки сигнала позволило повысить надежность датчика, снизить его массогабаритные показатели, уменьшить его стоимость и смягчить требования к точности изготовления. Следствием этого явилось также расширение области применения такого датчика в частности для автомобильного колесного транспорта.

Предложенный алгоритм управления, заключающийся в применении различных способов обработки сигнала для двух скоростных диапазонов (диапазона малой и большой скорости), позволил на порядок сократить цикл накопления сигнала в диапазоне большой скорости, следствием чего явилось значительное повышение быстродействия системы управления на больших скоростях.

Кроме того, автором данной работы предложен оригинальный алгоритм оценки скорости носителя, позволяющий устойчиво функционировать системе

Применение микропроцессорного устройства позволило реализовать предложенные алгоритмы обработки сигнала и управления на программном уровне, что в сочетании с использованием заранее заложенными в ПЗУ таблицами с эталонными показателями качества обеспечило гибкость в настройке системы управления на характеристики конкретной тормозной системы.

Результаты представленного диссертационного исследования подтверждены экспериментально. Предложенные в работе алгоритмы реализованы в опытном образце противоюзобоксовочной системы ДУКС. Эффективность алгоритмов была неоднократно подтверждена многочисленными экспериментами, которые выполнялись как на лабораторных стендах, так и в условиях натурных испытаний. Так, на основании проведенных натурных экспериментов установлено, что разработанные алгоритмы управления позволяют в режиме экстренного торможения поезда ограничить величину скольжения колес на уровне 54%. А в режиме интенсивного разгона удалось добиться снижения избыточного проскальзывания колес более чем в 5 раз.

Главным практическим результатом диссертационного исследования явилось внедрение его основных положений и научно-практических рекомендаций при создании и выпуске на ОАО "Экспериментальный завод" ХК "Ленинец" семейства противоюзобоксовочных систем управления для железнодорожного транспорта. Свидетельством практической ценности данной работы являются: акт о внедрении (см. прил. 5), решение о допуске к эксплуатации созданной системы управления на линиях Московского метрополитена с пассажирами (см. прил. 7), а также решение межведомственной комиссии о присвоении конструкторской документации системы управления литеры «01» (серийное изделие) (см. прил. 8).