3.控制算法 控制算法
3.1列控系统安全防护技术模型及研究 3.2三模冗余结构系统的可靠度及安全性研究 3.3模糊控制在列车停靠站制动系统中的应用 3.4列车运行控制系统二维速度防护曲线仿真
3.1 防护技术模型及研究
在“故障安全”的设计原则基础上，提出了列控系统妥全防护模型 技术方案。 列控系统安全防护模型 分级速度控制模型
2. 安全计算机
列车超速防护系统(ATP)是城市轨道交通 和高速列车运行时必不可少的安个保障，必 须满足故障一安个特性，因而其中的核心部 分微计算机系统必须具有高安全性。采用硬 件、软件冗余技术、安全输出通道，可极大 地提高计算机系统的安个性能。
2.1系统方案
可以采用带有结果比较的计算机两次处理，即“一硬 二软”制式和带有结果比较的多机并行处理，“一软 多硬”制式。 带有结果比较的计算机两次处理
3.3.列车自动调整模型算法研究 列车自动调整模型算法研究
ATS系统主要由中央ATS的通信和控制计算机，冗余的局域 网和广域网以及车站ATS系统构成.它对自动感应车门进行中央监 控，列车起动必须以“全部车门安全关闭”为先决条件。 但是对于上下班高峰期，作为运输对象的城市居民及流动人 口在站台有效长度内的出入口处分布得并不均匀以及车门宽度的 限制，地铁列车的车门不能做到均匀分担旅客流量，导致出现单 个车门(具有防夹功能的自动感应)无法按时关闭的现象。由此造 成地铁列车停站时间计划外延长，形成出站晚点。 同时，由于地铁列车追踪间隔相对较小，前行列车的出站晚 点通常造成后行列车的“紧随到站”甚至“站外停车”，晚点列 车与后行列车之间实际追踪间隔显著小于列车运行图图定标准， 并且导致出现非正常扰动，进而局部线路甚至全线的列车运行秩 序紊乱.为解决上述问题，必须采取地铁列车晚点的自动调整措施， 恢复图定追踪间隔，最终实现按图定运行。
系统框图
整个TWC系统由非安全逻辑仿真 系统由非安全逻辑仿真(NVLE)、轨旁 整个 系统由非安全逻辑仿真 、轨旁TWC和车载 和车载 TWC组成。 组成。 组成 轨旁TWC包括 电源板、轨旁串行通信控制板 包括:电源板 轨旁串行通信控制板(SCC)、轨旁 轨旁 包括 电源板、 、 TWC接收 发送 接收/发送 耦合单元(CU)和轨旁 接收 发送(Rx/ Tx)板、轨旁 板 轨旁TWC耦合单元 耦合单元 和轨旁 TWC环线。轨旁 环线。 安装在车站和折返线内。 环线 轨旁TWC安装在车站和折返线内。 安装在车站和折返线内 T R
2.5 分区安全计算机接口
分区安全 计算机A1
至A2机
分区A 光 纤 1
网口 口1 口2
至A3机 RS232-RS422 机1
RS232-RS422
机2 光 纤 1
口3
分区安全计算机接口
2.6系统可靠性分析 系统可靠性分析
磁浮列车系统中，由于各种干扰源交叉覆盖，对分区之间安全 信息传输所使用的通信和传输设备都存在较大影响，轻则导致信息传 输质量下降，误码率增加，重则导致分区安全信息改变或者丢失，危 及磁浮列车行车安全。 分区间安全信息传输通道是磁浮列车控制系统的重要组成部分， 相对于传统轨道电路在某一时刻仅传送单一信息的特征，分区间安全 信息传输电路采用数字编码方式传送多种列车状态信息及指令信息， 使信息量提高并实现移动闭塞。移动闭塞通过采用列车定位信息辅之 环线或应答器来判断分区占用并传输信息，可以告知后续列车继续前 行的距离，后续列车可据此合理地采取减速或制动，列车制动的起点 可延伸至保证其安全制动的地点，从而改善列车速度控制，缩小列车 安全间隔，提高线路利用效率。 分区间安全信息传输电路的安全可靠性是研究开发分区安全信 息传输电路设备必须遵循的原则，也是验证电路设备性能的主要依据。 安全性是指设备在运行过程中任何故障都不能存在危及列车运行安全 的因素。可靠性是指设备在规定的时间和条件下完成规定功能的能力。 显然，安全性的实现是以可靠性为基础，并在提高可靠性的前提下完 成的。
第二部分 城市轨道交通 运行控制系统安全防护网研究
基础试验与测试
2.1城市轨道交通运控系统 城市轨道交通运控系统
城市轨道交通系统为了可靠地实现运行 控制系统的控制和防护功能，中央控制系统、 分区控制系统和车载运行控制系统之间通过 通信子系统相互连接。该运行控制系统的部 分结构如图1所示。
中央操作台 激光打印机
2.4 分区内部硬件结构
分 区
A3
RS232 RS232
A
A1
RS232
RJ45
A2
RS232
串口转换器
RS422
串口转换器
RS422
SC
SC 1 2
硬件结构
图中的分区A就是光纤环上的一个典型节点， 其它分区的内部结构同分区A相同，图中所有的物 理连接都是双向的。分区监控机A3用两个RS232串 行口分别与分区通信机A1和A2相连接，进行数据的 输入输出，人工控制等操作。分区安全计算机A1， A2之间通过RJ45的网络接口进行信息交互，其中 主要完成安全信息的同步传输和校验机制。A2到光 纤2的连接与A1到光纤2的连接完全相同，其RS232 串口通过串口转换器转换成与光纤直接连接的 RS422 接口，目的主要是延长传输距离和提高传输 速率。
2.3软件控制技术
避错技术：
方法有: Floyd Manner的小变式推理方法 MiMarchy的递归归纳法 Horare的公理化方法 Dijkstra的弱谓词变换
容错技术
软件冗余 时间冗余
故障检测技术
故障检测采用比较的方法实现，即周期性地对冗余双模块的信息进 行比较，发现不一致便认为检测出故障，然后根据系统设公式的不同进 行故障确认或故障诊断。
2.3分区内部拓扑结构 分区内部拓扑结构
分区内部结构示意图
图中所示为系统的整体拓扑结构，在每个分区 内部，还存在着分区内的三台安全计算机之间的连 接，其基本结构如图所示。 在图中，每个分区内部有三台安全计算机，在 A分区中，A1和A2是通信计算机，它们两个之间用 网络线连接，同时它们也分别与两根光纤连接，完 成分区安全数据的传输工作。A3是分区内部的终端 机，它分别与A1，A2连接，主要完成对分区内两台 通信机的监控操作。
主要功能
列车一地面间双向通信技术，这类双向通信方式 与一般语音和数据的双向通信在要求上又有不 同，主要反映在要求高可靠性、实时性和安全 可用性等多个方面。车地通信(TWC)是在ATC 信号系统中,实现车载设备与轨旁设备之间数据 信息传输的非安全通信子系统.分为车载TWC 和轨旁TWC 。 ①保持大部分信急在轨旁TWC和车载TWC之间 的通信过程中不变; ②支持列车在ATO程序控制的停车过程中准确定 位。
城市轨道交通列控系统关键技术研究
2006年9月
发展现状 成为交通领域发展的热点 起步较晚，对城轨交通关键性能的 起步较晚， 研究缺乏系统的分析
一. 对关键技术的研究 二. 安全信息传输试验 三. 课题成果
第一部分 关键技术研究
1. 车地通信 2. 安全计算机 3. 控制算法
1. 车地通信
车一地之间双向通信方式有下列几种： （1）查询应答器——分为有源和无源两种类型。这种方法的主要问题是 只能实现点式通信，而不能实现连续式通信。 （2）轨道交叉电缆方法——它可以实现连续双向信息。 （3）漏泄波导方法——它可以实现连续双向通信。 （4）GSM-R法——它是GSM连续无线通信系统的铁路专用系统。 （5）扩展频谱法(Spread Spectrum Radio)——是无线通信方式之一， 早期它由军方开发应用中具有良好抗干扰性能。扩展频谱中一般它使用两 种方法：一种称为跳频(Frequency Hopping)法，另一种是直接序列法 (Direct -Sequence)。 （6）TETRA无线通信法。 （7）卫星通信法。 （8）其他无线电通信方法。
带有结果比较的多机并行处理
2.2硬件冗余技术
ATP将比较器作为从处理器的一项特殊功能，当主处理器向外设发送 将比较器作为从处理器的一项特殊功能， 将比较器作为从处理器的一项特殊功能 数据时，从处理器进行双机数据比较，比较器通过双处理器通以及比 数据时，从处理器进行双机数据比较， 较软件实现。这样做的好处是:(1)比较器简单，易于实现 比较器简单， 较软件实现。这样做的好处是 比较器简单 易于实现:(2)比较器的 比较器的 可靠性问题归结到比较软件的可靠性、通信设各以及双处理器的可靠 可靠性问题归结到比较软件的可靠性、 性问题中，从整体可靠性设计上考虑将比单纯的时序电路可靠。所以， 性问题中，从整体可靠性设计上考虑将比单纯的时序电路可靠。所以， ATP系统在双处理器工作正常情况下，对外设的切换开关对主处理器 系统在双处理器工作正常情况下， 系统在双处理器工作正常情况下 导通。 导通。
二维速度防护的仿真计算实例
DOCS绘制出二维速度防护曲线后，还 必须把相关的重要信急通过无线通信基站 传递给列车.因为一次传输是有限的.所以只 能选取最重要的数据.以确保绘制出足够安 全的列车速度防护曲线.所以只需把列车前 方每个区间最大运行速度Vmax,斜率K，空气 密度P，列车最大迎风面积s，阻力系数Cd. 以及i值通过无线通信基站传递给列车，列 车接收到数据后就可以制出速度防护曲线.
中 央 控 制 系 统
磁盘
中央网络
中 央 主 机
其他系统群
传输服务器 激光打印机 高速数据传输网
分区A
分区控制系统
分区B
分区间安全信息网
城市轨道交通运控系统结的两个分 区之间有一个分区间安全信息网，它完成分区和分 区之间重要的安全信息传输，如区间的锁闭、开放 及区间故障检测等等。 正是考虑到分区间信息传输的安全性和可靠性， 在研究中就针对这一方面进行了分析、设计、验证 和测试。 图中给出了两个分区之间以及各自内部的结构 示意，图中红线部分即为分区间安全防护通信网。
列车自动调整流程图
设当前站序i为首次出现 现晚点列车的车站序号