Методические указания к лабораторным работам Исследование качества управления регуляторов времени хода систем автоведения поездов

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)




Кафедра “Управление и информатика в технических системах“


Е. В. Ерофеев

Методические указания к лабораторным работам
Исследование качества управления регуляторов времени хода систем автоведения поездов

МОСКВА – 2005

УДК 62-523. 8: 62-544

Е-76
Ерофеев Е. В. Исследование качества управления регуляторов времени хода систем автоведения поездов: Методические указания. - М.: МИИТ. 2005, - 37 с.
В методических указаниях излагаются законы управления регуляторов времени хода систем атоведения поездов метрополитена; приводится имитационная модель, с помощью которой можно проводить исследование качества управления времени хода при вариациях параметров поезда.

© Московский государственный

университет путей сообщения

(МИИТ), 2005

Введение

Системы автоведения поездов (САВП) состоят из следующих подсистем:

• 
  центра управления;
  
• 
  регулятора времени хода;
  
• 
  регулятора скорости;
  
• 
  подсистемы управления торможением;
  
• 
  информационной подсистемы;
  
• 
  базы данных;
  
• 
  подсистемы исполнения команд управления.
  

Точность выполнения графика движения поездов зависит от качества регулятора времени хода (РВХ), который выбирает режимы ведения поезда с целью выполнения заданного времени хода по перегону [1]. Известны различные законы управления регуляторов времени хода.

Лабораторные работы посвящены исследованию законов (алгоритмов) управления регуляторов времени хода электропоездов. Исследование проводятся путем имитационного моделирования на ЭВМ. Моделируется движение поезда метрополитена и алгоритмы работы различных регуляторов времени хода.

1. Цель работы

Целью лабораторных работ является изучение законов управления регуляторов времени хода систем автоведения электропоездов путем имитационного моделирования.

2. Модель движения поезда

Модель для исследования регуляторов времени хода (РВХ) систем автоведения поездов (САВП) состоит из трех подмоделей:

• 
  подмодель движения поезда по перегону;
  
• 
  подмодель регулятора времени хода;
  
• 
  подмодель оценки качества управления РВХ.
  

Для моделирования движения поезда используется уравнение движения поезда, которое связывает между собой скорость V, путь S и время Т в дифференциальной форме. Интегрирование уравнения движения поезда возможно по пути, времени или скорости. В рассматриваемой модели движения поезда при расчете траекторий движения за независимую переменную принимается путь S.
(1)
где F – сила тяги вагона;
- удельное основное сопротивление движению поезда;

- удельное дополнительное сопротивление движению поезда;

- масса вагона;

- масса загрузки пассажирами вагона;

В - сила торможения вагона;

К - коэффициент, учитывающий размерность.

Сила тяги двигателя определяется по кусочно-линейно аппроксимированным характеристикам двигателя. В рассматриваемой модели для решения уравнения движения поезда используется метод Эйлера.

Решая уравнение движения поезда (1), скорость поезда на каждом шаге интегрирования определяем по следующей формуле:
(2)
где - скорость поезда на j-ом шаге интегрирования;

-скорость поезда на (j-1)-ом шаге интегрирования;

- шаг интегрирования по пути.

Удельная сила сопротивления движению равна
(3)
- основное удельное сопротивление движению поезда, которое обусловлено трением в подшипниках, сопротивлением, возникающим при взаимодействии подвижного состава и пути, сопротивлением воздушной среды;

- дополнительное сопротивление движению, которое определяется сопротивлением от уклонов и кривых.

Основное удельное сопротивление движению поезда метрополитена в режиме тяги определяется по следующей формуле
(4)
где - масса тары вагона, которая принимается равной 33,5 т;

- масса загрузки пассажирами вагона;

- число вагонов в поезде, принимаем равное 7;

- площадь эквивалентной поверхности состава.

для состава из 7 вагонов равна 47 м².

Основное удельное сопротивление движению поезда в режиме выбега (холостой ход) определяется по следующей формуле:
(5)
Дополнительное удельное сопротивление движению поезда равно сумме сопротивлений от уклона и кривых
(6)
Удельное сопротивление от уклона равно величине уклона i:
(7)
Сопротивление от кривых равно
(8)
- радиус кривой.
От величины шага интегрирования зависит время счета и точность моделирования. С уменьшением шага интегрирования увеличивается точность и время счета. Шаг интегрирования в режиме выбега можно брать больше, чем в режиме тяги. Шаг интегрирования в режиме тяги следует принимать в диапазоне 1-5 м, в режиме выбега – 5-10 м.

Пройденный путь определяется как:
(9)
где - пройденный поездом путь соответственно к концу j-го и (j-1)-го шагов интегрирования.

При моделировании движения поезд считается как материальная точка с массой, сосредоточенной в центре поезда.

Время движения поезда вычисляется с учетом средней скорости движения на шаге интегрирования :

(10)
где - время хода поезда от начала движения к концу соответственно j-го и (j-1)-го шагов интегрирования;

- время хода на j-ом шаге интегрирования.

Расход электроэнергии вагона на тягу поезда вычисляется по формуле
, (11)
где - ток вагона на j-ом шаге интегрирования.

U – напряжение на токоприемнике вагона.

Моделирование движения поезда в режиме тяги и выбега производится путем решения уравнения движения поезда (1). В режиме тяги ; в режиме выбега . В режиме торможения траектория движения поезда рассчитывается из условия движения поезда по равнозамедленному закону. Начало торможения при остановке поезда на станции определяется из условия:

, (12)
где - заданное замедление поезда в режиме прицельного торможения при остановке на станции;

- скорость поезда в начале торможения;

- оставшийся путь до конца перегона, который равен

(13)
где - длина перегона;

- текущая координата поезда.

Время движения в режиме торможения будет равно
(14)

На некоторых перегонах применяется торможение для снижения скорости перед ограничениями скорости. Скорость начала торможения перед ограничением скорости равна:
(15)
где - замедление поезда при подтормаживании перед ограничениями скорости;

- оставшийся путь до ограничения скорости;

- допустимая скорость ограничения.

Время движения поезда в режиме подтормаживания перед ограничениями скорости равно:

(16)

В модели рассчитываются пять траекторий движения для заданных времён хода по перегону , , , , кратных 5 с. Первая траектория движения поезда рассчитывается для минимального времени хода , когда отключение тяговых двигателей производится в момент, когда скорость поезда достигается допустимой скорости .

Если не кратно 5 с, то выбирается первое заданное время хода, кратное 5 с, при этом и для этого времени рассчитывается траектория движения 1. Каждое последующее заданное время хода по перегону увеличивается на 5 с, т.е. и т.д.. Соответственно для заданных времен хода ,,, рассчитывается траектория движения 2, 3, 4, 5.

Заданное время хода поезда по перегону достигается выбором координаты выключения тяговых двигателей , , , , . Если полученное время хода по перегону не равно заданному с точностью до 1 с, то изменяется место выключения тяговых двигателей на один шаг интегрирования в ту или иную сторону в зависимости от знака рассогласования времён хода и снова производится моделирования движения поезда до выполнения условия

(17)