高速列车智能制动系统的研究

作     者：王江涛 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：师黎

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高速列车 制动控制 模糊预测 模糊PID 

摘      要：随着经济的迅速发展,人口流动日趋频繁,要求公共交通的效率和质量越来越高。航空、高速公路等交通条件的便利,使铁路运输面临着严峻的考验。铁路的现代化改造以及高速列车的建设已迫在眉睫。制动系统是保证列车运行安全的必要装置,要发展高速铁路离不开新型制动系统的研究。由于速度的不断提高、列车编组增长、重量增大,制动能力不足、制动方案制定方法陈旧、通讯混乱等问题日益显现,使得列车不能够准确停车,脱轨、段钩事故屡见不鲜,其中不少事故是在列车制动工况下发生的。原有的制动控制系统难以满足快速、准确、舒适以及同步制动的要求,迫切需要研究开发采用先进的通讯技术和控制策略的高速列车制动控制系统。 本文主要针对高速列车智能制动系统进行研究,通过目前客运列车仍普遍采用的电控空气制动系统(ECP)和CTCS-2级列车运行监控系统的分析和研究,完成两项工作:1)对列车制动的核心部分——列车制动单元进行设计并仿真。2)对舒适度约束条件下智能停车控制进行研究。具体工作有: 首先简明介绍了智能高速列车研究的背景和国内外列车制动技术的发展和现状,总结了发展智能高速列车制动技术的几个关键点。针对电控空气制动系统各部分的功能以及工作原理和CTCS-2级列车运行控制系统的结构和功能进行深入的分析研究,并对列车制动的核心部分——列车制动单元(CCD),进行模块化设计。 其次,对于列车舒适度的概念、评定标准进行介绍,分析对高速列车制动对舒适度的影响,提出改善舒适度的方法,并针对列车制动过程中重点影响舒适度的因素,给出高速列车舒适度的约束条件。 最后,通过高速列车状态与受力分析和列车制动距离的研究,建立高速列车制动过程的牵引力-距离的数学模型。并在此基础上进行距离预测和模糊控制,建立起制动加速度与距离之间的直接的动态关系,通过闭环控制,完成目标距离的跟踪。通过对控制策略的优化,采用模糊预测-PID复合控制,使控制器结合了模糊预测控制以及模糊PID控制的优点,使列车制动过程的控制没有死角,始终处于最优状况。通过仿真结果比较,证明本文提出的控制策略在同步制动中的准确性和有效性,能够实现高速列车的快速、准确、舒适停车。