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重载列车机车无线重联同步控制关键技术研究与应用

李蔚  
【摘要】:随着铁路货运的重载化,开行长大重载组合列车是发展的方向,而开行重载组合列车首先需要解决机车远程分布动力牵引控制问题。机车无线重联同步控制技术是实现重载组合列车机车远程分布动力牵引运行的关键技术,也是发展重载组合列车运输的瓶颈之一。在国内该技术还很薄弱与不足,因此开展具有自主知识产权的重载列车机车无线重联同步控制关键技术研究与应用具有重要的意义。 机车无线重联同步控制系统通过无线方式控制重载组合列车中不同位置的多台机车协同牵引运行,使其成为具有多输入、多输出的一种非线性系统。本文对该系统关键技术进行理论及应用研究,建立系统拓扑结构、相关数学模型以及算法求解,并进行优化,最终提出具有建设性的系统解决技术方案,所作的理论及应用研究主要包括以下几方面: 首先,系统地研究了机车无线重联同步控制系统建模技术现状和特征,分析了国内外该系统的建模思路、控制方法以及特点,总结了目前针对该系统的建模技术存在的不足。其次,探寻和分析建模的新思路,提出了系统简明、有效、实用的分析研究方法,特别针对系统提出无线远程同步重联列车级、同步控制车辆级、机车驱动控制级三级体系控制模型,便于对无线通信及传输、机车远程同步控制、列车故障预警及安全导向、机车无线重联同步控制优化等几大关键技术进行重点分析及研究。 其次,为实时有效的实现数据机车间数据无线传输同步传输,提出了基于Markov过程理论的机车无线重联同步控制无线传输决策理论。基于Markov理论创建了空中实时无线网络传输及路由管理决策模型,利用有限阶段向后迭代算法求解,实现了机车重联无线同步传输的实时路由控制。 根据基于无线电空间波传输的重联机车同步控制,提出了基于动态Markov模型预测的机车无线重联同步控制理论。针对同步控制的特征参数,基于无线传输方式创建动态Markov模型预测的数学模型并进行了算法求解,实现了基于无线电空间波传输的机车实时重联同步控制。 针对重载组合列车的故障预警及导向,提出了基于专家知识库的故障预警及安全导向方法,创建了信息预处理、信息融合上的二值局部决策和专家库理论上的预警导向模型及算法规则,实现了重载列车重联同步控制的预警及导向安全。 针对机车无线重联同步控制系统是有机复杂结合在一起的特点,采用确定性时延随机Petri网进行系统建模,将内在复杂的关联关系简化为简单的子网关系模型,并优化了传输机制。由此,有效提升并优化了整个系统的性能。 最后本文针对上述理论、模型及算法进行应用研究,针对所研制的工程样机装车试验,开展了试验及应用研究分析,通过试验结果的比对分析,验证了机车无线重联同步控制系统模型研究和优化的有效性。 本文的研究是在综合国内外的最新研究成果的基础上,从理论分析、模型建立及算法求解和研制的工程样机试验等方面进行系统的研究和应用验证,证明了所建立理论的创新性、有效性、实用性,为系统设计提供依据并促进该系统的发展。基于本研究技术的机车无线重联同步控制系统的现已批量投入应用,很好解决了我国既有铁路运力提升的困难,打破了国外的技术垄断,有利于我国重载铁路运输的发展。


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