中低速磁浮列车悬浮控制系统冗余设计方案探讨

作     者：曹毅 张敏 马卫华 刘清辉 罗世辉 李铁 陈泽众 CAO Yi;ZHANG Min;MA Weihua;LIU Qinghui;LUO Shihui;LI Tie;CHEN Zezhong

作者机构：西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中车大连机车车辆有限公司大连116022 

出 版 物：《铁道标准设计》 (Railway Standard Design)

年 卷 期：2024年第68卷第7期

页      面：200-209页

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082302[工学-交通信息工程及控制] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52102442) 中央高校科技创新项目(2682022CX060) 中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目(N2021J033) 中国铁道科学研究院集团有限公司基金项目(2021YJ026) 

主　　题：中低速磁浮列车 悬浮控制系统 冗余 马尔可夫模型 可靠性 Stateflow 

摘      要：悬浮控制系统作为中低速磁浮列车的核心子系统,其可靠性和容错能力对于列车正常运行至关重要。为提高悬浮控制系统容错能力,通过分析工程应用中的悬浮控制系统故障数据设计了一种处理器模块冗余、电源冗余以及悬浮传感器冗余相结合的悬浮控制系统方案,通过软、硬件设计搭建了新方案的样机实物并进行了初步测试。处理器模块采用双机热备冗余,电源采用双路DC24V冗余,悬浮传感器采用二乘二取二冗余。其次运用马尔可夫理论建立了悬浮冗余控制系统的可靠性模型,对系统进行可靠性分析,研究故障率、故障检测率对悬浮冗余控制系统可靠性的影响,将悬浮冗余控制系统与常规悬浮控制系统的可靠性进行对比分析。并通过Simulink和Stateflow建立主从切换状态机模型和主从切换控制系统模型,实现了逻辑仿真。研究结果表明,在悬浮控制系统生命周期内,本文提出的悬浮冗余控制系统方案相比于常规悬浮控制系统的可靠性提高了50%,提升主模块的故障检测率和降低各单元的故障率均能有效提升悬浮控制系统可靠性。在制定合适的故障检测和切换控制策略前提下,双机热备冗余设计的悬浮控制系统相比于常规悬浮控制系统更具可靠性,是提升悬浮控制系统可靠性和容错能力的有效措施,适合在中低速磁浮列车上推广应用。