论文部分内容阅读
朔黄重载铁路是我国“西煤东运”的重要通道，伴随煤炭运输需求的日益增长，运输压力巨大。目前采用的三显示固定闭塞方式无法满足快速增长的运量要求，已开展基于无线通信的移动闭塞技术在朔黄重载线路的应用研究，希望通过最新列控技术的应用，达到缩短行车间隔、提升运输能力的目的。
安全、高效的速度防护控制是列控核心功能之一，是基于安全制动模型来实现其安全防护功能的，即应正确描述在任何情况下保证安全的列车制动过程，同时安全制动模型也是行车间隔的决定因素之一。影响安全制动模型的两大主要因素是列车本身的动力学特性和线路条件。重载铁路列车和线路情况复杂，与客运和普通货运列车有显著差异，使得准确求解其安全制动模型十分困难。因此，应针对朔黄线路及运行列车的复杂条件，专门研究适用于重载列车的安全制动模型，保证速度防护控制在朔黄线路上的正确实施，满足新的闭塞条件要求，有效提高运输能力。
本文在分析重载列车制动特性的基础上，提出了重载列车安全制动模型，建立了模型参数辨识框架，从基础编组入手，循序渐进的将复杂编组列车在不同线路条件下运行时的制动过程转化为不同层次的非线性参数模型，结合不同的辨识目标，研究各类模型参数辨识方法，使安全制动模型更为准确，并验证其适应不同运输场景下的速度防护控制。
本文采用的主要研究思路是，通过引入模型分解和滤波技术，解决了基础的单元编组列车在简单线路运行时输出存在有色噪声干扰的制动模型参数辨识问题，验证了辨识框架和实验环境的有效性，为后续研究奠定基础；进而建立重载组合列车多质点分布式模型，利用耦合辨识方法，解决了模型拆分及多变量参数辨识问题，并且基于多新息估计策略解决了起伏坡道运行时的抗扰辨识；而针对长大下坡道困难区段运行场景，解决了循环制动工况下空气制动存在慢时变扰动的安全制动模型参数辨识问题，并且辨识了机车动力制动对模型的影响，有效改善了速度防护的执行效果；最后，对安全制动模型的应用进行了评估，一方面对速度防护执行结果的不确定性进行了定量估计，另一方面对速度防护是否引起列车纵向冲动异常进行了评估，保证了速度防护功能的安全性和容错能力。
本文的主要创新点如下：
1.建立了适用于重载列车的安全制动模型，设计了针对朔黄重载列车的模型辨识框架和辨识实验环境，从基础的单元列车编组入手，建立输入非线性输出有色噪声干扰的辨识模型，提出了基于模型分解的滤波迭代辨识方法，较好的拟合了单元编组列车在简单线路上的紧急制动过程，证明了参数辨识方法应用于安全制动模型研究的可行性，详第2章和第3章。
2.用多质点分布式模型描述了采用无线重联同步控制系统的重载组合列车，将起伏坡道变化转换为对系统输出的未知负载扰动，推导了耦合辨识方法与抗扰辨识方法对模型及线路扰动参数同时辨识，有效提高了参数估计精度，实现对时变性负载扰动的快速跟踪估计，优化了速度防护控制效果，详见第4章。
3.针对长大下坡道的循环制动工况，建立了重载组合列车状态空间模型，将空气制动系统的状态变化转换为未知系数慢时变扰动，推导了基于正交投影的子空间抗扰辨识算法，准确辨识系统及内部状态参数，并确定了扰动周期；利用长大下坡调速时动力制动单独施加的条件，利用基于卡尔曼滤波的迭代算法辨识动力制动模型参数，综合改善了长大下坡道速度防护控制的准确度，有效缩短行车间隔，详见第5章。
4.实现了安全制动模型应用效果的评估，通过模型多参数的随机变化对速度防护执行过程进行针对性的蒙特卡洛仿真，拟合了制动距离分布函数，得到了对执行不确定度的定量评估；提出基于未知输入观测器的纵向冲动状态评估方法，并设计了基于残差的异常状态识别算法，对纵向冲动的激增状态进行识别，具备一定的实际工程意义，详见第6章。
安全、高效的速度防护控制是列控核心功能之一，是基于安全制动模型来实现其安全防护功能的，即应正确描述在任何情况下保证安全的列车制动过程，同时安全制动模型也是行车间隔的决定因素之一。影响安全制动模型的两大主要因素是列车本身的动力学特性和线路条件。重载铁路列车和线路情况复杂，与客运和普通货运列车有显著差异，使得准确求解其安全制动模型十分困难。因此，应针对朔黄线路及运行列车的复杂条件，专门研究适用于重载列车的安全制动模型，保证速度防护控制在朔黄线路上的正确实施，满足新的闭塞条件要求，有效提高运输能力。
本文在分析重载列车制动特性的基础上，提出了重载列车安全制动模型，建立了模型参数辨识框架，从基础编组入手，循序渐进的将复杂编组列车在不同线路条件下运行时的制动过程转化为不同层次的非线性参数模型，结合不同的辨识目标，研究各类模型参数辨识方法，使安全制动模型更为准确，并验证其适应不同运输场景下的速度防护控制。
本文采用的主要研究思路是，通过引入模型分解和滤波技术，解决了基础的单元编组列车在简单线路运行时输出存在有色噪声干扰的制动模型参数辨识问题，验证了辨识框架和实验环境的有效性，为后续研究奠定基础；进而建立重载组合列车多质点分布式模型，利用耦合辨识方法，解决了模型拆分及多变量参数辨识问题，并且基于多新息估计策略解决了起伏坡道运行时的抗扰辨识；而针对长大下坡道困难区段运行场景，解决了循环制动工况下空气制动存在慢时变扰动的安全制动模型参数辨识问题，并且辨识了机车动力制动对模型的影响，有效改善了速度防护的执行效果；最后，对安全制动模型的应用进行了评估，一方面对速度防护执行结果的不确定性进行了定量估计，另一方面对速度防护是否引起列车纵向冲动异常进行了评估，保证了速度防护功能的安全性和容错能力。
本文的主要创新点如下：
1.建立了适用于重载列车的安全制动模型，设计了针对朔黄重载列车的模型辨识框架和辨识实验环境，从基础的单元列车编组入手，建立输入非线性输出有色噪声干扰的辨识模型，提出了基于模型分解的滤波迭代辨识方法，较好的拟合了单元编组列车在简单线路上的紧急制动过程，证明了参数辨识方法应用于安全制动模型研究的可行性，详第2章和第3章。
2.用多质点分布式模型描述了采用无线重联同步控制系统的重载组合列车，将起伏坡道变化转换为对系统输出的未知负载扰动，推导了耦合辨识方法与抗扰辨识方法对模型及线路扰动参数同时辨识，有效提高了参数估计精度，实现对时变性负载扰动的快速跟踪估计，优化了速度防护控制效果，详见第4章。
3.针对长大下坡道的循环制动工况，建立了重载组合列车状态空间模型，将空气制动系统的状态变化转换为未知系数慢时变扰动，推导了基于正交投影的子空间抗扰辨识算法，准确辨识系统及内部状态参数，并确定了扰动周期；利用长大下坡调速时动力制动单独施加的条件，利用基于卡尔曼滤波的迭代算法辨识动力制动模型参数，综合改善了长大下坡道速度防护控制的准确度，有效缩短行车间隔，详见第5章。
4.实现了安全制动模型应用效果的评估，通过模型多参数的随机变化对速度防护执行过程进行针对性的蒙特卡洛仿真，拟合了制动距离分布函数，得到了对执行不确定度的定量评估；提出基于未知输入观测器的纵向冲动状态评估方法，并设计了基于残差的异常状态识别算法，对纵向冲动的激增状态进行识别，具备一定的实际工程意义，详见第6章。