列车速度控制系统

1、列车速度控制系统一列车速度控制模式一）阶梯控制方式技术原理每个闭塞分区设计为一个目标速度。在一个闭塞分区中无论列车在何处都只按照固定的速度判定列车是否超速。 阶梯控制方式可不需要距离信息，只要在停车信号与最高速度间增加若干中间速度信号，即可实现阶梯控制方式。因此轨道信息量较少，设备相对比较简单，这种传统的控制方式是目前高速铁路最普遍采用的控制方式。阶梯控制又分为出口速度检查和人口速度检查两种方式。 出口速度检查控制方式：该方式要求列车在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区出口进行检查。如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。阶梯控制出口速度检查方式示意图见图8-13

2、。 出口速度检查方式由于要在列车到达停车信号处(目标速度为零)才检查列车速度是否为零，如果列车速度不是零，设备才进行制动。由于制动后列车要走行一段距离才能停车，因此停车信号后方要有一段安全防护区。 入口速度检查控制方式：列车在闭塞分区入口处接收到目标速度信号后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进行制动使列车速度降低到目标速度以下。阶梯控制入口速度检查方式示意图见图8-13。图1 阶梯控制方式示意图特点：1.前后车均以闭塞分区单位进行定位；2.在闭塞分区内，车载设备以一个允许速度防护列车；3.闭塞分区长度按最差列车制动性能设计。分级速度制动方式存在以下主要问题：1.)由于线路上运行的各种列车

3、制动性能各异，为了确保安全，系统只能按制动性能最差的列车性能来确定制动距离，这对于制动性能好的列车来说是个损失，影响进步提高运行密度。2.)ATP制动控制只进行制动和缓解两种操作，不调整制动力大小，因此列车减速度变化大，旅行舒适度差。分级曲线控制方式：该方式要求每个闭塞分区入口速度(上一个闭塞分区的目标速度)和出口速度(本闭塞分区目标速度)用曲线连接起来，形成一段连续的控制曲线，曲线控制方式和阶梯控制方式一样，每一个闭塞分区只给定一个目标速度。控制曲线把闭塞分区允许速度的变化连续起来。地面设备传送给车载设备的信息是下一个闭塞分区的速度、距离和线路条件数据，没有提供至目标点的全部数据，所以系统生

4、成的数据是分级连续制动模式曲线(即以分级小曲线的变换点连成的准一次制动模式曲线)。法国TVM430系统采用了这种方式，TVM430是TVM300的换代产品，地面采用UM2000型轨道电路 在曲线控制方式下，列车在一个闭塞分区中运行时,列控设备判定列车超速的目标速度不再是一个常数，而是随着列车行驶不断变化，即是距离的函数。因此列控设备除了需要接收目标速度信息外，还要接收到闭塞分区长度及换算坡度的信息。TVM430系统的轨道电路可以传递27 bit信息，其中目标速度信息6bit，距离信息8bit，坡度信息4bit。图2分级曲线控制方式示意图二）速度-距离模式曲线控制方式速度-距离模式曲线控制是次制

5、动方式，它根据目标速度、目标距离、线路条件、列车性能生成的目标-距离模式曲线进行连续制动，缩短了运行间隔，提高了运输效率，增加了旅行舒适度。为了实现这一方式，地面设备必须向列车发送前方列车的位置、限速条件等动态数据，以及线路条件等固定数据。速度-距离模式曲线控制不再对每一个闭塞分区规定一个目标速度，而是向列车传送目标速度、列车距目标的距离(和TVM430不一样，它可以包括多个闭塞分区的长度)的信息。列车实行一次制动控制方式。列车追踪间隔可以根据列车制动性能、车速、线路条件调整，可以提高混跑线路的通过能力。这种方式称为目标速度目标距离方式(DISTANCE TO GO)，是一种更理想的运行控制模

6、式。图3 目标距离控制模式基本原理二多电机的负荷分配一）负荷分配原理在工业应用中，同一台设备或同一条生产线通常采用多台电机分别拖动的方式，而这些电机的转速、转矩等参数要相互匹配。这种匹配表现为：在具有刚性耦合与柔性耦合的传动部分，不仅要维持转速的同步，还要具有负荷动态调整的功能。两台不同电机的机械特性如图1所示。对于同步转速n。相同的两台电机来说，由于机械特性硬度的不同，当实际转速都为n，时，电机1的转矩T1要大于电机2的转矩T2此在拖动同一负载时会出现一台电机负载过轻、另一台电机负载过重。甚至超过额定负载的现象。对此必须进行负荷分配设计。 图4 不同机械特性对比 图5 n。不同时承受力矩差异

7、负荷分配的任务是使拖动同一负载的多台电机的负载率相同，即：式中：Pi为第i台电机的负载功率；Pei为第i台电机的额定功率；为第i台电机的负载率。 实际控制中，电机功率是一间接量，电机的转矩反映了电机负荷的变化情况，可通过对电机转矩的控制实现负荷分配的调节。二）电机负荷的平衡控制对于由多白电机驱动的同步运行系统，各电机负荷的平衡分配极为重要。由于对控制施加了预估补偿，消除了延迟的影响。对电流环节的内环控制而言，速度控制环的输出即为给定基值。以各台电机电流均值为设定值，自身测量值和预估补偿值的和为反馈量，对其误差值偏差按积分分离型算式控制调节，当置时，其PID型差分算式为当时，其PD型差分算式为

8、式中：，分别为各电流环控制的比例，积分和微分系数；Pj为第j个电流环控制输出。误差可按下式求得: 式中：L为对应电机电流和补偿值的和；U(t)为速度调节运算的输出；Ij为并联电机数。在整个控制过程中，由于电流给定的是一个动态值，因此，整个运行过程各台电机按相同的方式调节，以达到在速度的调节过程中实现各电机之间的负载平衡分配，同时应始终保持线加速度不等式约束条件，完成相应的控制。3 列车速度控制方案一）列车运行控制系统2） 速度控制模块 列车控制系统的核心是速度控制模块。通过对列车运行速度的控制，保证列车安全运行系统实时监测列车速度，并随时与列车的允许速度相比较。如果实际速度大于目标速度设备向司

9、机报警；如果列车速度大于限制速度，设备发出卸载、制动等控制命令；当列车速度低于缓解速度，则向司机发出允许缓解指令，由司机负责缓解。当设备发出制动命令后，系统不仅实时监测控制输出接口，而且还对制动实施的效果进行检查，当制动没有达到预定效果时，系统将追加紧急制动，确保列车安全。图7 速度控制系统功能框图 列控系统采用目标距离模式曲线控制方式，该速度控制方式以前方列车所占闭塞分区的入口为追踪目标点，制动模式为连续式次制动速度控制的方式，根据目标距离、目标速度、线路参数及列车本身的性能确定列车制动曲线。示意图如图。图8目标距离一速度控制模式示意图制动速度控制曲线是一次连续的，需要一个制动距离内所有的线

10、路参数，通过应答器进行信息传输。目标距离是由轨道电路进行连续信息传输的，构成了移动授权凭证。目标距离控制模式追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，当目标点为停车点时，目标速度值为零，当目标点为进站道岔侧向时，则道岔侧向限速值即为目标速度值。目标点相对固定，在同一个闭塞分区内不依前行列车的走行而变化。目标距离速度控制曲线包括三条曲线，如下图。图9 制动模式曲线示意图其中：A一紧急制动速度控制线：B一常用制动速度控制线；C一司机实际运行速度控制线。当列车实际速度超速触碰了常用制动速度控制线，设备报警并自动实施常用制动，如继续超速触碰了紧急制动速度控制线，则引发紧急制动。制动模式曲线是根据目标距离、目标速度、线路参数及列车本身的性能计算出来的连续式一次制动速度曲线。根据列车制动距离(Sz)等于制动空走距离(Sk)与制动有效距离(Se)之和，即:Sz=Sk+Se 其中: Sk=tkV0 式中tk为制动空走时间，V。为制动初速度，kmh。该电动车组采用微机控制的复合制动，按照预定的减速度给定列车制动力。根据运动学知识可知： 式中，V1、V2为所取速度间隔的初速度和末速度；a为所取时间间隔的平均减速度，即平均速度的减速度，包括制动力引起的减速度和运行阻力引起的减速度。制动模式曲线的安全距