牵引变流器功率器件结温在线监测方法综述

功率器件结温在线监测对牵引变流器安全可靠运行至关重要,准确的结温监测是牵引变流器失效分析、运行状态监测、健康管理和剩余服役寿命预测的基础。因此,面向功率器件结温在线监测开展了大量研究。在此基础上,概述了以热网络模型法和温敏参数法为主的功率器件结温在线监测方法,以此为分类基准梳理了现有功率器件的结温监测方法并讨论了在牵引变流器中在线实现的可能,详细介绍了功率器件结温监测方法针对在线应用及客观因素干扰的发展与改进。最后,总结并对比了现有功率器件结温在线监测方法的演变、联系与差异,在分析现有结温监测方法面临挑战的基础上,展望功率器件结温在线监测在人工智能技术辅助下的前景。

CTCS-2+ATO列控系统对短站坪长度需求适应性研究

研究目的:对于有地下线路的铁路工程,由于开挖土方等方面的问题,要求站坪长度尽量缩短,以节省工程投资。现有CTCS-2+ATO列控系统因其安全防护距离设置位置、车载设备安装位置、适应的运行速度较高等原因,对站坪长度要求较CBTC列控系统长,成为在市域铁路运用时的不利因素,需要对其进行短站坪长度需求的适应性分析并提出适宜的解决方法,提升系统的竞争力。研究结论:(1)侧线股道增设安全线,基于列车停稳信息及时解锁过走防护区段、利用应答器报文增加过走防护区段信息、及时回缩列控移动授权范围等配套方法,将安全距离、附加距离设于目标点信号机的内方,利用安全线及咽喉区线路缩短股道区线路长度;(2)合理约束车载应答器接收天线安装位置,根据市域列车运行速度计算、确定可靠解析出报文所需要的应答器距离信号机距离,以及应答器组间最小距离要求,最终确定股道出站应答器安装位置最小长度需求;(3)经折返线道岔侧向的进路不发低频码,轨道电路长度仅考虑轨道占用检查时间,进一步缩短折返道岔区段长度要求;(4)本研究成果在市域铁路中有广阔的运用前景。

基于改进模糊滑模控制的列车速度跟踪研究

列车运行过程具有强耦合、非线性等特征,且往往存在较大且不可观测的外界干扰,这些特性加大了列车运行控制的难度,针对列车运行速度跟踪控制问题,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先基于模糊滑模控制,引入全局快速终端滑模控制,使系统在有限时间内达到稳态;然后构造以李亚普洛夫函数导数的绝对值为补偿的自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而提出一种双层递阶指数趋近全局快速终端模糊滑模控制器,并且引入指数趋近率来调节滑模面的动态品质,该控制器能快速收敛到稳定状态,且有效地消除了控制器的抖振情况;最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性,且提高了列车运行控制系统性能。

基于Smith预估器的模糊PID调车自动驾驶系统速度控制研究

针对铁路站场调车作业的复杂性,研发基于调车的自动驾驶系统可降低劳动强度并提高车站作业效率,而速度控制策略是系统的重点和难点。根据调车牵引控制系统和制动控制系统特性,建立传递函数模型,并对模型参数的不稳定因素进行分析;利用Smith预估方法处理时滞系统的优势,结合模糊PID算法,设计基于Smith预估器的模糊PID控制器(简称新型控制器);通过模拟模型参数不稳定,分别使用阶跃响应曲线和司机实操速度曲线进行仿真,对比传统的PID控制器、模糊PID控制器与新型控制器的控制效果。结果表明:新型控制器适应能力更强,速度跟踪效果和停车精度都更高。

中低运量新型轨道交通综合运营调度系统研究

目前,集成弱电系统和机电设备监控功能的综合调度技术在新型轨道交通尚无应用案例,相关技术尚属空白。本文针对新型轨道交通的工程特点、运营需求及管理模式,研究构建适合新型轨道交通的综合运营调度系统,通过统一的硬、软件平台将弱电和机电系统的数据高度融合,减少命令至执行的中间环节,高效实现对列车、设备、乘客和环境等要素的全面监控,提升新型轨道交通的运营效率和应急处理能力,为中低运量新型轨道交通的安全、舒适、快速运营提供有力的保障,同时进一步降低建设及运营维护成本。

黄骅港站智能调车自动驾驶控制系统应用研究

为提升货运站场调车作业智能化水平,基于视频图像识别、智联智感、5G通信等技术,并结合实际调车作业中不同环境下的需求,设计智能调车自动驾驶控制系统。该系统采用北斗卫星定位、轮轴测速、站场轨道状态校核的多数据融合定位方式,自动追踪调车机车位置;根据调车行车许可指令,结合系统获取的障碍物信息,实时计算走行速度曲线,自动控制机车执行调车作业。同时,独立的调车作业安全防护系统通过计算防护曲线对调车作业进行监控,保证作业安全。通过现场验证,该系统在保证调车作业安全的同时,减轻了作业人员的劳动强度,提升了调车机车控制效率,提高了调车作业智能化水平。

一种简约化GSM-R网络优化方法及系统的研究与实现

对于非列控区段的普速铁路,由于线路等级不高,通常没有配套建设GSM-R无线信号监测设备,也无法直接照搬高速铁路的网络优化及监测系统。为此提出一种简约化的GSM-R网络优化方法和系统解决方案。利用前端感知终端开展线路侧无线信号采集并进行自动化测试,通过公、专融合的网络形式实现路测数据的一键回传;利用后端服务平台建立智能分析系统模型,实现数据的智能融合分析,初步判断并识别铁路沿线无线信号覆盖薄弱区域、GSM-R服务小区异常等情况,自动生成测试报告和网络优化解决方案,并将相关信息传递给线路侧维护人员,以便其及时、精准地进行现场网络优化工作。采用这种智能化、简约化的网络优化方法,符合提质增效、一体化综合维修的建设思路。

基于嵌入式Linux的水下机器人远程监控系统设计与实现

随着社会经济与科技的不断发展,水下机器人的用途越来越广泛,其远程监控技术已成为近年研究的重点。为了对国内外水下机器人监控系统的缺陷进行改进,在分析水下机器人监控系统总体结构的基础上,对监控系统进行模块化设计。在硬件方面对水下机器人控制平台进行开发板设计,在软件方面设计实现了网络协议及嵌入式Linux系统下远程监控系统。通过测试表明系统各模块都实现了应有的功能,达到了设计要求。

基于制动特征自学习的磁浮列车强化学习制动控制

精准、平稳停车是磁浮列车自动驾驶制动控制的重要目标.中低速磁浮列车停站制动过程受到电-液混合制动状态强耦合等影响,基于制动特性机理模型的传统制动控制方法难以保障磁浮列车的停车精度和舒适性.本文提出一种基于混合制动特征自学习的磁浮列车强化学习制动控制方法.首先,采用长短期记忆网络建立磁浮列车混合制动特征模型,结合磁浮列车运行环境和状态数据进行动态制动特征自学习;然后,根据动态特征学习结果更新强化学习的奖励函数与学习策略,提出基于深度强化学习的列车制动优化控制方法;最后,采用中低速磁浮列车现场运行数据开展仿真实验.实验结果表明:本文所提出的制动控制方法较传统方法的舒适性和停车精度分别提高41.18%和22%,证明了本文建模与制动优化控制方法的有效性.

既有线开行市域列车信号工程接口设计研究

研究目的:针对北京铁路枢纽利用既有东北环铁路增建第二线开行市域(郊)列车项目中存在的燕尾隧道、车站股道有效长短、多线并行的站前布置,对燕尾隧道的信号电缆槽预留、综合接地设置方案、轨旁信号设备电缆入槽、远程LEU设置,以及车站股道信号设备设置和既有多线并行电缆槽设置等接口设计进行多方案研究比选,提出契合工程实施的设计方案。研究结论:(1)提出的燕尾隧道信号工程接口设计方案能减少强弱电交叉、提升接地效果、减小轨旁信号设备电缆入槽对其他专业的影响、实现远程LEU的不同物理径路连接;(2)提出的车站股道信号设备设置方案能在避免邻线干扰的前提下减小股道长度;(3)提出的多线并行电缆槽设置方案能满足不同线路权属、维修维护分开的运营要求;(4)本研究成果具备工程可实施性,可供类似工程选择和参考。

基于双核控制器的有轨电车制动信号切换智能控制方法

[目的]由于有轨电车制动信号切换需要充分考虑交通路口间距以及交通流量实际情况,导致控制效果难以得到保障,为此,提出基于双核控制器的有轨电车制动信号切换智能控制方法。[方法]将STMicroe1ectronics STM 32双核多协议无线微控制器作为具体的中心装置,在DMA(直接内存访问)控制器的3个通道分别设置了3个不同的动作,同时以时间步t为基准,对制动信号的相位控制调整矩阵进行多维设置,构建制动信号动作空间。以当前有轨电车信号的状态为基础,从动作价值的角度定义切换制动信号的确定性梯度参数,利用STM32无线MCU(微控制单元)对反馈动作的价值损失与反馈动作的价值奖励进行训练,计算切换制动信号的确定性梯度参数,作为制动信号切换控制基准。搭建仿真测试环境,设置对照组进行对比测试,验证控制方法的性能。[结果及结论]基于双核控制器的有轨电车制动信号切换智能控制方法控制延迟始终稳定在0.4 s以内,制动信号(红灯)的实际执行时长与设置时长的偏差稳定在0.04 s以内,等待队列长度始终低于对照组,在实时性、准确性及可靠性等方面优于对照组,能提高有轨电车的运行效率和安全性。

城轨信号系统一体化工具平台分析与设计

一体化工具平台基于Spring Cloud框架,整体架构设计采用微服务的设计理念,构建城轨信号系统配套生产工具服务和项目全生命周期数据管理为一体的平台。利用设计图纸作为统一的数据来源,并以一体化标准数据表作为配套所有工具服务的共同输入,提升整体效率且实现数据解耦。为实现所有配套生产工具服务的平台化管理,给出既有工具微服务化的重构方法。一体化工具平台打通从信号系统设计、数据配置、产品编译、软件发布等整个业务流程的数据和工具服务链条。

城轨列车深度强化学习节能优化控制方法

为提高城轨列车自动驾驶(Automatic Train Operation,ATO)的控制性能,针对城轨ATO目标速度曲线追踪控制方法中工况切换频繁、牵引能耗高等问题,以列车准点、精准停车和能耗为优化目标,设计了一种以时间冗余(Time Redundancy,TR)规划参考系统为主动约束的列车深度强化学习DQN控制方法。建立了城轨列车动力学模型和多目标优化适应度函数;定义了TR规划参考系统约束下的DQN列车控制器,并对控制器中的动作空间和奖励函数进行设置;最后规定了列车控制器神经网络更新方法,利用随机梯度下降算法更新Q网络参数。结果表明:加入以TR时间规划参考系统为约束的TR-DQN算法提高了DQN迭代收敛速度以及迭代训练过程中的稳定性;TR-DQN动态调整列车运行策略的控制方法相比传统目标速度曲线追踪PID算法能耗降低12.32%,列车站间工况切换频率较低;针对设置的3种不同站间规划时间,列车牵引能耗依次降低7.5%和6.4%,列车站间工况动态切换频率和牵引能耗随行程规划时间增大而降低。

电力牵引货运列车节能运行研究(一):目标速度曲线优化

列车运行是典型的非线性、多约束、多目标复杂时变过程,其目标速度曲线优化是目前制约国内外节能运行控制工程应用的主要瓶颈。本文以电力牵引的货运列车为对象,采用数学推理、逻辑分析及软件仿真相结合的方法,提出一种新的目标速度曲线节能运行优化(简称优化,下同)算法,并采用逐步深入的方式进行介绍。提出能耗敏感度和全要素能耗机理集总模型的概念,用以表征优化过程中需要优先考虑的要素集;针对平直道简化了已有的最优惰行关系的证明;证明了缓坡区段匀速运行的最优性,得到了对于含有缓坡线路模态切换点的确定方法;针对陡坡区段介绍了等效匀速优化算法。仿真结果表明,该方法能够在较复杂的线路条件下实现高效优化,且计算速度较快。

电力牵引货运列车节能运行研究(二):速度跟踪组合控制方法

本文在目标速度优化曲线给定的基础上,针对货运列车运行过程的非线性、大滞后、多目标、多约束的特点,围绕速度跟踪控制问题展开研究。在对现役列车普遍采用的PI控制进行简要分析的基础上,针对被控对象的特点,提出多模态模糊PID控制算法(MMFPID)。为应对货运列车的大滞后特性,采用牵引力前馈的方法,较好地提升了控制器的动态性能。针对车速超调在低限速区段引起的撞线制动问题,采用局部输出限幅的策略,在无需增加限速安全裕量的同时,收到了满意的效果。借助于自行开发的软件仿真平台,将本文提出的组合控制方法与经典的PID和模糊控制进行了对比仿真。结果表明,MMFPID不仅具有满意的控制效果,且其多模态结构使得MMFPID具有对各种应用场景的良好适应性。

基于CBTC的车载ATP安全制动曲线计算模型研究

车载ATP系统是保证列车运行安全的系统,其中的关键技术之一是安全制动曲线计算模型。根据IEEE 1474.1TM标准的规定[1],车载ATP安全制动曲线由GEBR制动曲线和ATP紧急制动触发曲线组成。GEBR制动曲线是根据GEBR计算得出的,而ATP紧急制动触发曲线则是根据GEBR制动曲线计算出来的。针对该问题,本文分析了各种影响列车制动距离的因素和GEBR制动曲线与ATP紧急制动触发曲线的关系,建立了CBTC车载ATP安全制动曲线的计算模型。仿真证明,本文提出的计算模型满足IEEE 1474.1TM基于CBTC的车载ATP安全制动模型的要求。

CTCS3级列控车载协同仿真子系统的研究与实现

为构建高速铁路耦合大系统,提供列车运行控制信息,设计了CTCS3级列控车载协同仿真子系统。通过设计与高速列车动力学、牵引传动、自动驾驶、高速铁路系统基础数据库等各子系统间的接口,结合列车速度防护算法,完成了列控车载协同仿真子系统对高速列车运行的信号控制。该系统实现了列车运行控制系统与高速列车系统动力学仿真系统以及牵引传动仿真系统的协同仿真。以郑西客运专线数据为基础,进行协同仿真,并在仿真过程中进行追踪运行、故障设置和临时限速设置测试,验证了在耦合大系统下的列控车载协同仿真子系统的正确性。

基于MVC的敏捷卫星工作模式仿真技术研究

为了研究敏捷卫星大角度机动和推扫成像的方法和效能,分析成像工作模式、卫星参数和轨道参数,建立了基于MVC框架的敏捷卫星工作模式仿真系统。该仿真系统以VC2010作为开发环境,应用MVC框架技术构建系统各组成部分之间的信息交互,将仿真输出的卫星轨道数据、姿态数据和成像数据实时送入STK引擎,实现了敏捷卫星姿态切换和推扫成像过程的二维/三维实景可视化显示,对仿真的过程数据进行数据库存储,以供事后分析。经仿真验证,该系统实现了敏捷卫星工作模式方法和效能的交互式分析,可为敏捷卫星的总体设计方案提供支撑。

全自动运行信号系统自动疏散方案研究

由于全自动运行(FAO)列车上无司机值守,若遇故障需进行乘客疏散时,要求FAO系统具备自动疏散功能。基于FAO相关子系统功能分配方案,分析全自动运行信号系统自动疏散信息交互原理;定义疏散请求区和疏散防护区,阐述其设计原则;重点针对驶向相邻区域控制器(ZC)边界的列车因相邻ZC故障触发疏散导致无法折返或者停靠站台的情况,提出在ATS界面增加ZC边界疏散旁路功能;提出区分站台和站间、不区分站台和站间2种自动疏散配置方案,可供用户根据需求进行选择;最后在集成测试平台上对自动疏散功能进行场景分析和测试用例设计。自动疏散设计和室内仿真测试方案已成功应用于上海、深圳、苏州等城市的轨道交通全自动运行信号系统中,可为后续全自动运行系统设计提供一定的指导。

城市轨道交通管控一体实验平台设计与研究

城市轨道交通管控实验平台由硬件平台和控制系统两部分组成,运用仿真技术及远程控制技术,构建出城市轨道交通接近真实的运营环境。通过城市轨道交通车辆段、ATS、ZC、模拟驾驶、沙盘、仿真列车之间的联动,实现城市轨道交通主要作业流程的仿真。