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《北京交通大学》 2011年
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城轨车辆新型网络控制系统的调度、建模及优化

梅樱  
【摘要】:城轨车辆网络控制系统基于车载网络通信完成整车的控制功能,其相关技术是实现城轨车辆安全、高效和智能化运行的重要保障。针对目前在城轨车辆网络控制系统研究方面存在的问题,论文以“十一五”国家科技支撑计划重点项目“100%低地板轻轨车研制”为依托,围绕城轨车辆网络控制系统的新型调度机制、基于网络的控制逻辑及面向控制的故障诊断建模、基于控制性能约束的网络性能优化等方面开展研究,在既定网络调度机制及车辆控制系统功能模型下,综合优化网络及控制性能,完善了城轨车辆网络控制系统的设计方法及理论体系,在以下方面取得了一些成果: 以网络负载均衡性为前提,提出了一种基于CANopen的新型车辆网络调度机制。从车载网络及其所传输数据的特点出发,通过stateflow的建模仿真结果并结合地铁车载网络实例实验,验证了所述调度机制在保证城轨车辆网络负载均衡性的同时,实时性能够比拟既有的MVB网络,且成本低廉,开发周期短; 系统提出了城轨车辆控制系统的架构描述、建模及仿真方法。以基于多代理(MAS)的分层递阶式城轨车辆网络控制系统构架描述为对象,结合AUML和着色petri网(CPN)建模工具,提出了整车逻辑控制功能的建模和仿真方法;结合模糊离散事件系统理论(FDES),在以模糊分层着色petri网(FHCPN)所建立的智能诊断功能模型中引入“权系数”,解决了传统模糊矩阵求解过程中存在的“维数爆炸”问题。文中对上述各部分的成果分别进行了建模、仿真及算例分析,证明了其可行性及有效性; 基于CANopen的新型车辆网络调度机制及车辆控制系统的静态功能模型,建立了以控制性能为约束的城轨车辆网络性能优化模型,并提出求解该模型的整数编码、自适应交叉、变异概率和重复优化的改进型遗传算法。通过优化实例及其仿真结果,验证了所述方法对网络及控制性能进行综合优化的有效性; 在城轨车辆网络控制模拟实验系统上对文中所提出的理论与方法完成了模拟实验,并在国内首台自主研发的100%低地板轻轨车辆上进行了试验验证。
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