（控制科学与工程专业论文）城市有轨列车自动运行系统ato的研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号t p 2 7 3 学科分类号 51 0 8 0 l o 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 1 0 7 8 0密级 公开 学位授予单位代码 1 0 0 l o 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名刘俊丽学号 2 0 0 8 0 0 0 7 8 0 获学位专业名称控制科学与工程获学位专业代码0 8 1 1 0 0 课题来源自选研究方向智能控制 论文题目城市有轨列车自动运行系统( a t o ) 的研究 关键词 列车自动运行系统，内模控制，平稳性，舒适性 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月2 6 日论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师网教授北京联合大学计算机测控 指导教师李红星教授北京联合大学智能控制、系统辨识 评阅人1楚纪正研究员北京化工大学过程建模仿真 评阅人2刘振娟研究员北京化工大学过程控制 评阅人3 评阅人4 答辩委员会主席 曹柳林 教授 北京化工大学 自适应控制 答辩委员1 楚纪正 研究员北京化工大学 过程建模仿真 答辩委员2刘振娟研究员北京化工大学过程控制 答辩委员3李大字 副教授 北京化工大学 先进控制 答辩委员4张金会 副教授 北京化工大学网络化控制 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b 厂r1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 城市有轨列车自动运行( a t o ) 系统的研究 摘要 随着中国的飞速发展，中国城市化进程也急剧加速，城市轨道交通工 程建设和越江越海隧道的快速发展，中国城市地下空间的总体规模跃居世 界前列。目前，城市地下空间的开发利用已成为提高城市容量、缓解城市 交通和改善城市环境的重要手段，并逐步成为建设资源节约型、环境友好 型城市的重要途径。 我国的城市地下空间开发利用主要用途是建设城市地下交通，城市有 轨列车可以在很大程度上缓解交通压力。列车自动控制系统不仅能够获得 合理、优化的列车操纵方案，保证列车运行过程中的安全性以及乘客的舒 适性，还可以有效的提高列车运行的平均速度并在一定程度上节约列车能 量消耗。因此，列车自动控制系统的研究具有非常重要的实用价值。 由于内模控制具有响应速度快，鲁棒性强，特别对模型的失配具有较 大优势，对过程干扰的抑制能力强，因而更容易保证鲁棒性和稳定性等， 可以很好地实现控制功能。本文基于直流电机的电流、转速双闭环系统进 行建模，并采用内模控制算法，对电机进行控制。 n i 基于p 和实时的可编程自动化控制p a c 平台非常适合用于高精 度的监测，因而本文利用n i 公司的图形化软件l a b v i e wi 盯( 实时) 和p 硬件研发基于n i 可编程自动控制器( p a c ) 的监测和控制系统。 本文还针对列车平稳性和乘客舒适度标准评价给出了算法改进。并实 北京化t 大学硕士学位论文 现了基于硬件在环的仿真测试。 关键词：列车自动运行系统，内模控制，平稳性，舒适性 i l a b s t r a c t s t u d yo fa u t o m 队t i ct r a i no p e r a t i o n ( a t o ) s y s t e m a b s t r a c t w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n t o fc h i n a ， u r b a n i z a t i o no fc h i n ah a s d r a m a t i c a l l ya c c e l e r a t e d ， t h ec o n s t m c t i o no fu r b a nr a i l 栅1 s i ta n dt h e d e v e l o p m e n to ft u i l l l e lh a sr a 【p i d l yd e v e l o p e d ，t h eo v e r a l ls i z eo fu r b a n u n d e 玛r o u n ds p a c eo fc h i n ah a sb e e nt h e 舶n tr a n l ( so ft o t a lr a n k si nt h e w o r l d d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fu r b a nu n d e 玛r o u n ds p a c eh a sb e e na n i m p o r t a n tm e a n st oe i l l l a n c et h ec i t y sc a p a c 时a n de a s eu r b a nt r a 衔c ，a n da n i n l p o r t a n tw a y t ob u i l dc i t i e so f r e s o u r c e s a v i n ga n de n v i r o n m e m - 衔e n d l y i nc h i n a ，c o n s t m c t i o no fu r b a nr a i lt r a n s i ti st h em a i nm e a n i n g sf o r u s i n g u r b a nu n d e 唱r o u n ds p a c e ，s i n c eu r b a nr a i l 舰i n sc a nl a 玛e l ya 1 1 e v i a t et h e t r a 伍cp r e s s u r e a u t o m a t i ct r a i nc o n t r o l( a t c )s y s t e mc a nn o to n l yb e r e a s o n a b l et op r o v i d et h es c h e m et oo p t i m i z et h et r a i nc o n t r 0 1p r o g r a m ，t o e n s u r et l l es a f e t yo ft r a i no p e r a t i o na n dp a s s e n g e rc o m f o r t ，b u ta l s oc a n e f r e c t i v e l yi i l l p r o v et h et r a i n s a v e r a g em n n i n gs p e e da n da c h i e v er e a c ht h e p u 印o s eo fs a v i n ge n e r g y t h e r e f o r ei ti s v e 拶i m p o r t a n tt os t l l d y t h e a u t o m a t i ct r a i nc o n t r o ls y s t e m b a s e do nt h ec u r r e n t ， s p e e dd u a l l o o ps y s t e mm o d e lo fd cm o t o r ， i n t e m a lm o d e lc o n t r 0 1 ( i m c ) a l g o r i t h mi su s e dt oc o n t r 0 1t h em o t o r t h e i n t e m a lm o d e lc o n t r o lh a st h e a d v a n t a g eo ff a s tr e s p o n s e ，r o b u s t n e s s ， i i i 北京化工大学硕士学位论文 e s p e c i a l l yf o rt h em o d e lw i t hal a 玛e rm i s m a t c h s i n c ei t sa d v a n t a g eo ft h e i n t e r f e r e n c es u p p r e s s i o na b i l i 够o fm ep r o c e s s ，i ti se a s i e rt oe n s u r ei t s r o b u s t n e s sa n ds t a b i l i 坝a n da c h i e v eb e t t e rc o n t r 0 1 t h en ip x i - b a s e da n dr e a l t i m ep r o g r a m m a b l ea u t o m a t i o nc o n t r o l ( p a c ) p l a t f o r ms u i t e df o rh i 曲一p r e c i s i o nm o n i t o r i n g t h e r e f o r et a k ea d v a n t a g eo f n i sg r a p h i c a ls o n w a r el a b v i e wi 汀( r e a lt i m e ) ，b a s e do nn ip h a r d w a r e ， i ti sc o n v e n i e n tt od e v e l o pp a cc o n t r o l l e rm o n i t o r i n ga n dc o n t r 0 1s y s t e m t h i s 砌i c l ei 1 1 t r o d u c e di m p r o v e da l g o r i t h mf o rt r a i l l s t a t i o n a r i t ya 1 1 d p a s s e n g e rc o m f o r t e v a l u a t i o n a sl o n ga sr e a l i z e dt h es i m u l a t i o n w i t h h a l d w a r e - i n - t h e 一1 0 0 p k - e yw o r d s ：a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ，i n t e m a lm o d e l c o n t r o l ， s t a t i o n 撕t ye v a l u a t i o n ，c o m f o r te v a l u a t i o n i v 目录 目录 第一章引言1 1 1 轨道交通领域及相关领域的研究现状1 1 2 前人的研究成果1 1 2 1 列车自动控制系统概述2 1 2 2 列车自动防护子系统3 1 2 3 列车自动监控子系统4 1 2 4 列车自动运行子系统5 1 2 4 1 列车自动运行系统构成6 1 2 4 2 列车自动运行系统的控制算法7 1 3 论文选题的目的和意义8 1 4 本课题的主要研究内容8 第二章电机内模控制算法1 1 2 1 列车参数模型1 1 2 2 直流电机的动态数学模型1 3 2 3 电机的内模控制算法研究1 4 2 3 1 内模控制原理介绍1 4 2 3 2 电流环中电流调节器( a c r ) 的设计1 7 2 3 3 转速环中转速调节器( a s r ) 的设计1 8 2 4 直流电机内模控制仿真2 0 2 5 直流电机内模控制的鲁棒性分析2 2 第三章a t o 系统功能模块物理仿真实现2 5 3 1a = i o 主要功能情况一2 5 3 1 1 功能细化2 5 3 1 2 硬件实现2 6 3 1 2 1n ip x i 1 0 4 2 q 机箱一2 6 3 1 2 2n ip x i 8 1 0 6 双核控制器2 7 3 1 2 3n iu s b 6 2 5l 数据采集卡2 9 3 1 2 3n ip 4 4 7 2 数据采集卡3 0 3 1 3 软件实现3 0 v 北京化工大学硕士学位论文 3 2 中央空调控制器3 6 3 2 1 硬件实现3 6 3 2 2 软件实现3 7 第四章a t o 关于列车平稳性和舒适性的算法改进4 1 4 1 列车平稳性和舒适性指标计算方法4 1 4 1 1 列车平稳性指标4 1 4 1 2 列车舒适度指标4 2 4 2 程序实现4 4 第五章模拟仿真与分析4 7 第六章结论与展望5 1 参考文献5 3 致谢5 7 研究成果及发表的学术论文5 9 作者和导师简介6 1 v l c o n t t s c o n t e n t s c h a p t e r li n t i o d u c t i o n 。1 1 11 1 1 es t a t u so f r a i lt r a l l s p o r t a t i o na i l dr e l a t e d 丘e l d s 一1 1 2p 删o u sr e s e a r c i hr e s u l t s 2 1 2 1o l j d i n e da = r cs y s t e m 2 1 2 2a u t o m a t i ct r a i np r o t e “o ns u bs y s t 锄3 1 2 3a u t o m a t i ct r a i ns u p e i s i o ns u bs y s t e i i l 4 1 2 4a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o ns u bs y s t e i i l 。5 1 2 4 1c o n t e n t so f a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o ns u bs y s t 锄一6 1 2 4 2c o r l t r o ia l g o 订m lo f a u t o m a t i ct r 面no p e r a t i o ns u bs y s t e m 7 1 3p u 印o s ea 1 1 ds i 朗i 6 c a n c eo f t h et o p i c 8 1 4m a i nc o n t e n t so f t h er e s e a r c h 8 c h a p t e r 2i m cc o n t r o la l g o r i t h mo fd cm o t o r 。11 2 1p 铀狮e t e rm o d e l0 f 仃a i n s 一l l 2 2d y n a m i cm a m e m a t i c a l m o d e lo fd cm o t o r 12 2 3s t i l d yo fi m cc o n 缸d la l g o r i t l 皿1 4 2 3 11 1 1 e 面n c i p l eo fi m cc o n t r o l 1 4 2 3 2d e s i 印o f c l l 玎e n t - l o o pr e g u l a t o r 。1 7 2 3 3d e s i 朗o f s p e e d l o o pr e g u l a t o r 1 8 2 4s i m u l a t i o nf o ri m co f d cm o t o r 2 0 2 5r o b u s t n e s sa n a l y s i s 矗wi m co f d cm o t o r 2 2 c h a p t e r 3p h y s i c a ls i m u l a t i o nf o rf u n c t i o n a lm o d u l e so fa t o 2 5 3 1m a i n 如n c t i o n so f a l u t o m a t i ct l 面no p 酬i o n 2 5 3 1 1c l 撕矽6 m c t i o n a l i t y 2 5 3 1 2h 莉w a r ei m p l e m e n t a t i o n 2 6 3 1 2 1n ip x i 一1 0 4 2 qc h a s s i s 2 6 3 1 2 2n ip x i 8 1 0 6c o r e2c o i l t 】1 1 e r 2 7 3 1 2 3n iu s b 一6 2 5 1d a qc a l d 2 9 3 1 2 3n ip 一4 4 7 2d a q c a r d 一3 0 3 1 3s o 胁a | ei m p l a n e i l t a t i o n 3 0 v i i 北京化工大学硕上学位论文 3 2c e n h a la i rc o r i 缸d l l e r 3 6 3 2 1h a r d w a r ei i i 】【p l e m e n t a t i o n 3 6 3 2 2s o f t w 棚ei n i p l 锄e n t a t i o n 3 7 c h a p t e r 4i m p r o v ea l g o r i t h mo nt h es t a t i o n a r i 锣a n dc o m f o r t 。4 1 4 1c a c i l l a t i o na l g o r i t o f t h es m o o t ha 1 1 dc o m f o r te v a l u a t i o n 4 1 4 1 1s t a t i o n a r i 够e v a l u a t i o n 4 l 4 1 2c o m f o r te v a h j a t i o n 4 2 4 2d i a 粤砌i m p l 锄e n t a t i o n 4 4 c h a p t e r5s i m u l a t i o na n da n a l y s i s 。4 7 c h a p t e r6c o n d u c t i o na n dp r o s p e c t 。5 1 r e f b r e n c e s 。5 3 a c k n o w l e d g e 5 7 a c a d e l n i cr e s e a r c h e sa n dp a p e r s 。5 9 i n t r o d u c t i o na b o u ta u t h o ra n dt l l t o r s 。6 1 第一章引言 1 1 轨道交通领域及相关领域的研究现状 进入2 1 世纪以来，在世界同类城市中，我国的城市地下空间开发利用的发展速 度和总体规模已经位于先进行列。世界范围内城市地下空间开发利用方面，我国已经 成为大国，以地下交通为主要利用方式：在2 0 0 9 年，城市轨道交通建设速度就已经 居于世界首位；城市地下快速道路的建设已经起步并且加速发展；特大城市以及大城 市地下空间专项规划正在普遍开展；很多城市原有市区改造和新市区建设正在编制详 细规划；城市大型地下综合体的建设已经达到了国际先进水平；城市地下物流系统正 在研究中【1 1 。 以北京为例，目前，北京现在已有3 0 0 0 万平米的地下空间建成面积，近年来全 市地下空间以每年平均约3 0 0 万平米的速度增加，占总建筑面积的1 0 ，其中地下停 车空间约占建设总面积的3 0 。据介绍到2 0 2 0 年为止，北京市地下空间将达到人均 拥有地下建筑面积5 平米，即总面积达到9 0 0 0 多万平方米。 随着中国城市化进程的加速，对城市地下空间利用的需求已显著地提高。城市轨 道交通工程建设和越江越海隧道的快速发展，使中国城市地下空间的总体规模和总量 跃居世界前列。中国政府出台扩大内需十大措施，确定4 万亿元投资计划，为中国隧 道及地下空间市场发展带来了前所未有的发展机遇。 当前，我国城市轨道交通建设的速度已位于世界首位，据报道2 0 1 0 年前，我国 开通运营的城市地下轨道交通线路已达到1 2 0 0 k m 以上，今后每年平均建成的线路为 1 8 啦n 【2 1 。 城市轨道交通( 地铁) 成为缓解城市交通矛盾的主要运输方式皆因其具有快速、便 捷、运量大的特点，与传统的道路公共交通工具相比，地铁疏通客流的能力具有无与 伦比的优越性，对其而言轨道列车信号系统是确保其安全运行及提高运营效率的关键 技术设施【3 】。 为了加快我国城市轨道交通建设，价格昂贵的机电设备主要依赖进口的状况与提 高国产化率的矛盾日益突出，降低工程造价和维修成本，信号设备国产化成为最切实 际的实现方案。 1 2 前人的研究成果 城市轨道交通的安全程度和载客能力从它问世以来就一直倍受人们关注，其中一 北京化工大学硕士学位论文 项提高其性能的重要的技术措施就是采用列车自动控制系统【4 】。因为地铁和轻轨系统 具有客流密集、行车密度大，站间距离短等特点，所以需要由列车自动控制( a t c ) 系统来实现行车指挥的自动化【5 1 。目前我国正在建设和使用中的地铁都采用了列车自 动控制( a u t o m a t i ct r a i nc o i n ls y s t e i l l ，简称a t c ) 系统【6 1 。例如：上海地铁选用了 美国通用铁路信号公司( g r s ) 的a t c 系统，北京地铁改造中选用了英国西屋公司 ( w e s t i n gh o u s e ) 的a t c 系统，广州地铁选用德国西门子公司( s i e m e n s ) 的a t c 系统【7 1 。 城市轨道交通的信号系统即列车控制系统，传统的信号系统主要包括车站联锁、 机车信号、超速防护、站间闭塞以及中央调度控制系统【7 】。现代信号系统为列车自动 控制系统( a t c ) ，主要包括列车自动监控( a u t o m a t i ct r a i l ls u p e i s i o n ，a t s ) 子系统、 列车自动防护( a u t o m a t i ct r a i np r o t e c t i o n ，a t p ) 子系统、列车自动运行( a m t o m a t i ct r a i n o p 耐i o n ，御旧) 子系统，以及列车控制无人驾驶( a u t o m a t i c1 r a i nd r i v d e s s ) 技术【8 1 。 为了使列车获得合理优化的列车操纵方案，可以利用列车自动控制系统( a t c ) 。 利用a t c 除了能够保证列车运行的安全性、乘客的舒适性，还可以有效的缩短列车 车次间的时间间隔、提高列车在线路上运行的平均速度，并且能在一定程度上达到节 能减排的目的。 1 2 1 列车自动控制系统概述 由于地铁、轻轨具有的行车密度大，站间距离短的特点，所以系统的信号必须满 足较高的要求。现在我国大城市建造的地铁与轻轨，往往都要求列车间隔保证在 9 0 p 1 2 0 s 之耕和1 8 1 。 为了城市轨道交通安全可靠的指挥行车，主要通过智能控制系统实现列车的速度 控制、调整追踪间隔和实现定位停车等。列车运行自动控制系统a t c 可以用来实现这 一功能。 a t c 是由三个子系统构成的【5 2 5 】：列车自动防护子系统a t p ( a u t o m a t i ct r a i n p r o t e c t i o n ) 是一个安全系统，主要负责监控列车的运行工况，并可以在紧急情况下切 断a r o 的控制，它在列车自动运行子系统a t o ( a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ) 和实际运行 列车控制之间起作用；列车自动监控子系统a t s ( a u t o m a t i ct r a i ns u p e r v i s i o n ) 是面向车 站调度中心的系统，列车所有的调控指令均通过该系统生效；列车自动运行子系统 a r o ( a u t o m a t i ct r a i no p 嘲t i o n ) 则接收来自a t p 和其他子系统的信息，并按要求控制 列车。 列车自动防护子系统a t p ( a u t o m a t i ct r a i np r o t e c t i o n ) 【5 2 6 】：a t p 是整个a t c 系统 主要负责列车间的安全间隔、列车的超速防护及车门控制的安全核心。主要包括轨旁 联锁和车载等设备。 2 【= = = = = = 磊= = 统负责监督、控制、协调列车运行的上层管理部分，可以根据客流与实际运行情况选 择并维护运行图，人工或自动调整停站或区间运行时间，并与信息管理系统和旅客向 导系统接口。 列车自动运行子系统a r o ( a u t o m a t i ct r a i n0 l p e r a t i o n ) 【8 2 8 】：御r o 需在已配备列车自 动防护( a t p ) 子系统的条件下使用，负责自动控制列车车速、调整列车运行、形成 平滑控制牵引力和制动力的指令、在一定精度范围内对位停车等。它有利于列车节能 并提高旅客乘坐的舒适度和减轻司机的劳动强度【8 叫。a t o 系统按照站间及车站设定 的模式曲线实现列车的控制。 1 2 2 列车自动防护子系统 列车自动防护( a t p ) 子系统【2 6 】在地铁、轻轨行车中的重要职责是确保行车的安 全性。a = r p 系统作为确保列车运行安全的子系统，必须符合故障安全原则。除采用高 可靠性、高安全性硬件结构和软件设计来确保系统的安全可靠外，还应该确保在故障 情况下不中断列车的正常运行，这要用到必要的软、硬件冗余措施【6 为】。 表1 1 a r p 子系统的功能 t i a b l el 1f u n c t i o n so f a r ps u bs y s t e i i l 功能名称功能介绍 安全停车点防护 速度监督和 超速防护 列车安全间隔控制 测速和测距 车门控制 安全停车点是相对于危险点而定义的。危险点是绝对不可以超越的点，比 如当车站内有车时，车站的起点就是危险点。为了列车行车的安全起见， 应该定义一个安全区段。安全区段的长度由列车的运行条件和列车的性能 共同决定，必须确保列车最晚可以在安全区段的末端( 危险点之前停下来) 。 安全停车点是安全区段的起始点，a r p 系统计算出米的紧急制动曲线是以 安全停车点为基础，保证列车不超过该点。 在地铁、轻轨的行车过程中限速分为两种，一种是同定限速，如区间最大 允许速度( 取决于线路参数) ，列车最大允许速度( 取决于列车的物理特性) ： 另一种是临时性的限速，如线路维修时临时设置的速度限制。a t p 系统始 终严密监控列车的速度限制不被超越，一旦超过，遵循先发出警告，后启 动紧急制动，同时做好记录以备后期检杏的原则。 地铁、轻轨交通具有行车密度大、运行间隔短的特点，a t p 系统需要做到： 在相应的闭塞制式下，保证列车间的安全运行间隔。 通过连续地测定行驶距离，a t p 系统能够随时准确地确定列车的位置。a r p 系统利用装在轮轴上的测速传感器来测量列车的即时速度，并在驾驶室的 相应仪表上显示出来。 地铁、轻轨车辆的车门控制是重要的安全措施之一。车门控制的关键是要 对安全条件进行严格监督。a t p 系统的功能之一就是防止行进中的列车在 站外打开车门或者是在车门打开时列车启动等情况。只有在a r p 系统检查 完所有安全条件，并且均己满足时，才给出一个信号，这时车门才能被打 开或者关闭。 3 北京化工大学硕士学位论文 分类 按控制方式分，有台阶式与曲线式；按传输方式分，有点式与连续式；按 闭塞方式分，有同定式、准移动式与移动式。 1 2 3 列车自动监控子系统 在列车自动控制( a t c ) 系统中，列车自动监控( a t s ) 子系绀2 7 1 处于管理级。 它主要在a t p 和触的子系统的支持下利用系统软件实施联网、通讯和指挥行车等自 动管理和监控，即监督和控制全线列车的运行：根据车地双向交换系统( n v c ) 收 集列车的车次号、到站、列车位置等运行信息并在控制中心模拟盘上显示，对列车的 追踪监视由控制中心计算机完成，绘制列车实际运行图，实时地调整偏离运行图的列 车为监督过程；根据列车运行图，对列车行车和进路进行指挥是a t p ，a t o 系统的协 同工作完成的控制工作。 a t s 系统主要由控制中心设备、车站设备和车载设备3 大部分构成，是非安全系 统。 数据传输系统用来完成控制中心和车站之间的联系。控制中心与列车利用车地双 向信息交换系统来联系。根据运行时刻表，a t s 利用集中管理、分散控制方式监控列 车运行。 表1 - 2a t s 子系统功能 t a b l el 一2f u n c t i o n so f a t ss u bs v s t 锄 功能名称功能介绍 状态表示和 监视功能 列车跟踪与 车次显示 运行控制 和调整 在控制中心的模拟显示盘上显示地铁系统的运行情况和有关设备的状态信息。 通过运行模拟盘及调度台的显示器，能对车辆段线路、正线车站及区间内的信 号机状态、道岔位置、轨道电路状态、进路状态及开通方向、列车位置及车次、 命令执行情况及系统设备状态等进行实时监视。当列车运行或信号设备发生异 常时，控制中心计算机自动将有关信息在行调- t 作站上给出报警及故障源提示。 系统通过跟踪列车对轨道区间的占用情况和区间内道岔的实际位置自动完成对 控制区段内的列车身份确认，并对由现场传来的列车识别号进行校核。系统能 自动完成止线控制区段内的列车识别号跟踪。当列车由车辆段或其它地点进入 正线运行时，a t s 系统将根据计划时刻表白动给计划车加入车次识别号。识别号 随着列车的行进自动跟踪，至到终点站或返回车辆段离开转换轨，跟踪结束。 车次识别号可由中央a t s 自动生成或由列车经设于转换轨和站台区的车地通信 系统向a t s 发出，调度员可以人工修改，包括设定、删除、变更识别号。 a t s 根据当日列车运行计划时刻表，通过a t o 控制命令以及车站发车计时器 t d t ( 1 r a i nd 印a 咖r et i m 神的显示自动调整列车按列车运行图运行。中心调度员 也可通过人- t 命令调整列车停站时间。当列车运行偏离运行图时，如果偏离时 间在一定范围内，系统可自动调整列车的停站时间或区间走行时间。当偏离误 差较大时，可由调度员人工介入调整。 其运行调整手段有： 1 ) 对有关列车实施“扣车”或“跳停”： 2 ) 改变列车在区间的运行时分。 3 ) 对计划运行图进行在线修改，包括对单个或所有列车“时间平移”、增加或取消 4 第一章引言 时刻表和 运行图功能 进路自动 控制功能 记录运行数据 生成运行报告 培训和 运行模拟 列车、改变列车的始发点及始发时间、调整列车的出、入段时间等。 列车运行图是列车调度自动化的基础，也是运营计划人员意图的直接体现。时 刻表编辑器在计算机的辅助下自动完成列车基本时刻表和运行图的生成。由调 度员输入基本数据，包括当天运营起始及结束时间、不同列车运行间隔的时间 分段、各时间分段内的列车运行间隔、各车站停车时间、各区间列车运行时间 等，由计算机辅助自动编制基本列车时刻表和运行图。若运行上有要求，结合 线路布置可以先编制局部区段的基本运行图，计算机可自动合成生成全线的基 本运行图。运行图编制过程中能自动进行冲突检查，并给出明确提示。基本运 行图编制完成后，按不同种类( 包括平日、节假目、特殊情况等) ，存入数据库内， 以备调度员随时调用。存储在计算机内的基本运行图不少于1 0 种。每天运行前 由调度员从计算机内调出一个基本运行图，经调度员确认或修改后，即成为当 日列车的实施运行图。各列车按此图进行运行。在调度员工作站上，能将当时 的实施运行图、实际运行图用不同颜色在一个画面上显示。 系统需要根据实际运营要求以及系统运行状态采取不同的进路选择方式。系统 可根据联锁表、计划运行图、列车识别号及列车接近条件自动生成、输出进路 控制命令，传送到车站联锁设备，设置列车进路。 能自动进行运行统计，包括列车报告，车站报告、车次号报告以及各种运行指 标。 a t s 系统具有在线及离线工作状态的模拟培训设施。在离线工作状态时可作为培 训列车调度员及维修人员之用，在在线工作状态时可作为试验及调试a t s 系统的 工具 1 2 4 列车自动运行子系统 a t o 子系统【2 8 】是自动控制列车运行的设备，可以用来提高城市有轨交通列车运行 水平，是一项重要技术措施。根据a t s 的指令，并在a t p 的保护下，a t 0 可以实现 列车的自动驾驶，能够自动控制列车的起动、牵引、巡航、惰行和制动，确保达到预 先设计的间隔和行车速度。a t o 系统主要负责正常情况下列车高质量的运行，为非安 全系统；a = r p 系统起保障安全作用，主要负责速度监督和超速防护。一方面a r p 系统 发送速度命令信息给a t o 系统，包括目标速度、实际速度及列车走行距离；另一方 面a t s 系统发送列车运行等级等信息给a t o 系统。由这两方面的信息，a t o 系统操 控列车维持参考速度运行。 自动驾驶过程是由a t o 系统控制的，它实际上是一个闭环反馈控制过程，即将 列车实际速度与参考速度之差作为偏差控制量，通过牵引制动曲线对列车实施一定的 牵引力或制动力，使偏差控制量趋向于零。 表1 - 3a t o 子系统的主要功能 1 h b l el - 3f u n c t i o n so f a r ps u bg y s t 锄 功能名称功能介绍 站间自动驾驶 可生成牵引和制动控制信号，使列车根据速度距离曲线控制行车速度。 能自动调整列车运行状态，包括起动、加速、惰行、巡航及制动控制。 列车自动折返可以由a r o 控制并受a t p 的监督。 5 北京化工大学硕士学位论文 车站定位停车 用地面标志器、环线或其它措施实现列车车站定点停车。以车站停车点 作为目标点，a r o 系统采用最合适的加速度使列车准确、平稳地停在规 定的停车点。与列车定位系统相配合，可使停车位置的误差不大予 士0 3 m 。 在自动运行模式下，a r o 按照a t s 指令控制列车在区间的运行时分，区 列车区间运行 间实际走行时间与时刻表的规定值的误差不大于士5 。运行期间，a t o 时分的定时控制 可对较小的异常情况进行调整，列车可以按时刻表和节能原则进行速度 调整。 车门控制 能根据停车站台的位置及停车精度对车门进行监控，在a 1 1 p 系统检查完 开门条件，允许开门并给出命令后，a r o 自动打开车门。 记录运行信息 在a r o 系统的缓存区中可以存储一些用户认为最重要的运行信息，从而 在列车发生非正常运行时，可以调用所记录的信息，进行必要的分析研 究。通常可记录2 4 h 的重要信息。 1 2 4 1 列车自动运行系统构成 a t o 系统能够提高列车的正点率和乘客的舒适度，节约能源。它将代替大部分的 司机的操作部分，能够有效提高行车效率，规范化列车的运行操作，使行车计划更加 精确，控制列车运行的最佳状态。 a t s 系统向御的系统发送运行调整指令，对自动运行的折返作业的控制和站间 及车站的运行时分调整控制被有效实现。按照站间及车站设定的模式曲线朋d 系统 对站问的速度调整、车站的启动和限速及进站的定点停车等进行有效控制。图1 1 所 示表示为在a t o 控制下的站间运行轨迹示意图。 图1 1a r o 控制下站间运行轨迹示意图【l 6 】 f i g1 一l0 p e r a t i o n a lo r b i tb e t 、) l ，e s t a t i o n sl l n d e ra r o c o n 的l 在a t p 系统的安全防护基础上，r o 系统有效控制相应的站台侧车门和站台门 的开与关。列车起动的充要条件是车门和站台门的关闭信号。a 1 n o 系统的停车控制功 能精确度高，原因在于在站台区域多个精确的位置点信息由列车轨道旁边的精确定位 同步环线提供给a t o 子系统，完成自身控制，即列车的精确停止。 在列车不需要精确位置进行停车时，按照停车位置信息( 由a t p 系统提供) ，列 6 。车载朋的设备、 精确定位系统和车地双向通信系统( t w c ) 3 部分设备共同构成了触r o 系统设备。如图 1 2 所示。 图1 - 2 触胁系统构成示意图 f i g1 2c o n s t i t u t i o ns c h 黜o f a r o 1 2 4 2 列车自动运行系统的控制算法 a t o 系统最主要的一个功能是自动调整列车行车速度( a s c ) ，并能使列车平稳 地停靠在规定的位置。一般自动调整列车速度比较容易实现，但只有高效的控制方法 才能同时满足安全、正点、舒适、节能、准确停车等各项指标。加r o 发展过程出现过 多种控制方法【2 5 3 0 】： ( 1 ) 经典控制算法：以经典的经验性的列车牵引制动特性公式为基础的核心算 法，加装固定不变的控车模式来实现控制列车运行的起动、牵引、惰行、制动。 ( 2 ) 参数自适应控制算法：为减小参数变化对算法的影响采取了自适应的参数 调整方法。拥有与经典控制算法相同的核心算法，其实质上它是第一种方法的改进。 ( 3 ) 智能控制算法：核心是一类无需或仅需非常少的人的干预就能够独立地自 动控制、驱动机器实现其目标的思维活动。它能有效地获取、处理、传递、