驼峰仿真系统Hump Simulation System(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：计算机与科学技术系工程领域：计算机技术申请人：赵秀全指导教师：冯建华教授联合指导教师：丁昆高级工程师二○○八年五月关于学位论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：（1）已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；（2）为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内容；（3）根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，向国家图书馆报送可以公开的学位论文。
本人保证遵守上述规定。
（保密的论文在解密后遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：日期：摘要本文作者具有十多年从事驼峰自动化控制研究的经验，基于实际工作中的需要提出一种新型的基于和驼峰控制系统信息共享的驼峰自由溜放的仿真系统的设计方法。
在查阅有关该领域内的研究文献后，密切结合现场的实际应用，提出了自己的分析方法。
对于线路、车辆、调速设备、气象等对象实体建立起相应的对象模型，建模更多从实际应用入手，考虑理论和应用的密切结合，这些模型比起以往的一些论文具有很大的突破性。
由于能够和实际控制系统联机，得到更多的实际应用数据，使得模型具有自我修正功能。
论文的重点是对于处于自由溜放状态的车辆，利用模型化分析建立受力质点，从质点受力分析入手，结合经典的自由溜放公式，逐步推导出符合与现场情况的修正后溜放公式。
与以往仿真系统的比较，该仿真系统密切结合实际应用，具有更大的适应性。
随后就仿真实现过程做出了说明，特别强调了仿真系统与控制系统的信息共享方法，为以后修正模型中的参数确定提供了基础。
作为仿真系统能够尽可能逼真实际应用情况，对于需要修正的参数、修正的方法也出了详细的论述。
从工程应用角度出发，指出了目前控制系统调速控制中所存在的控制盲区问题，提出了对于控制系统调速参数（定速、放头拦尾）修正及反馈的方法。
关键词：驼峰仿真实时数据模型修正优化控制ⅠAbstractWith more than 10 years experience of humping automatic control study, this article advanced a series of new methods about cut free rolling models in hump simulation. It builds some new models different from foregone research, including hump line, speed control device, cut, car and Weather, etc. Because of the models combining theory and application of practice, communicating with humping control system, the parameters of Models can be modified in application.The emphases of this article is the power analysis of cars in free rolling status. Based on old formulas, It digs out the shortcoming of old formulas and points some parameters to be improved. Then it advanced new free rolling model formulas and methods to amending the parameters. About simulation system realization, this article describes the data structures of some new models and system structure.According the data from TW-2 Humping Control System, the emulator can improve some parameters of cut free rolling model. Of course, by Data Mining and Mathematics analysis methods, it will send more accurate speed control coefficients to TW-2 System, improve control precision.Anyway, the behavior of this emulator to others is communication to hump control system and get real time data. It’s the base of amending parameters of itself in application.Key Words: simulation real time data amending improve controlⅡ目录第1章引言 (1)1.1 铁路编组站及驼峰自动化系统介绍 (1)1.2 驼峰业务的主要术语 (2)1.3 目前驼峰仿真的研究成果 (3)1.4 本论文的研究内容和实现功能 (4)1.5 论文主要的数学模型 (5)第2章基础数据说明 (7)2.1 线路数据 (7)2.2 减速器数据 (7)2.3 减速顶数据 (9)2.4 车辆数据 (9)2.5 气象数据 (10)2.6 调车计划单数据 (10)第3章建立仿真模型 (11)3.1 基础设备的建模 (11)3.1.1 车辆、勾车建模 (11)3.1.2 计划、线路建模 (12)3.1.3 模型间关系 (14)3.2 分勾点算法 (15)3.3 自由溜放车辆的受力分析 (16)3.3.1 车辆溜放的基本阻力 (17)3.3.2 车辆溜放的风阻力 (19)3.3.3 车辆溜放的曲线阻力 (20)3.3.4 减速设备的制动功 (21)3.4 自由溜放模型建模 (22)3.4.1 传统的自由溜放模型 (22)3.4.2 修正的自由溜放模型 (24)第４章仿真系统实现 (26)4.1 系统架构 (26)4.2 与驼峰控制系统的协议 (27)4.2.1 从控制系统传来的数据 (28)4.2.2 反馈控制系统的数据 (28)4.3 相关物理模型的数据结构和表结构 (29)4.3.1 质点、车辆、勾车、计划结构 (29)4.3.2 线路单元结构 (30)III4.4 仿真实现 (32)4.4.1 仿真流程图 (32)4.4.2 基于质点的Demo (33)第５章仿真修正与控制优化 (35)5.1 仿真修正 (35)5.1.1 走行距离的修正 (35)5.1.2 走行速度修正 (37)5.1.3 仿真修正时机模型 (37)5.1.4 减速器单位制动能高参数模型优化 (38)5.1.5 车辆基本阻力与重量模型 (41)5.2 控制系统优化 (41)5.2.1 当前控制系统的盲区 (41)5.2.2 放头拦尾参数计算 (43)5.2.3 定速参数计算 (44)第６章总结与展望 (47)参考文献 (49)致谢与声明 (50)个人简历 (51)IV第1章引言1.1 铁路编组站及驼峰自动化系统介绍中国铁路编组站调车设备的发展，从50年代后期开始，较短的时期内实现了三次飞跃。
1989年，郑州北站上行场建成驼峰溜放车辆速度微机分布式点连式自动控制系统、驼峰溜放进路微机自动控制系统、驼峰作业过程自动控制系统和峰尾微机集中控制系统及编组站现车管理信息系统等，建成中国第一个调车作业综合自动化的编组站。
2007年，计算机集成编组管理系统(CIPS)系统在成都北编组站正式运行，该系统的开通使成都北编组站的日编组车辆数量达到9000辆以上，最高达到了11000辆，提高了铁路的运行效率。
CIPS系统是将车站编组自动化控制系统和综合管理信息系统有机融为一体，实现管理、决策、优化、调度、控制一体化。
[参考文献1] 编组站是铁路运输的枢纽，驼峰是编组站中最关键的环节，往往驼峰的安全和效率就是编组站能力的风向标。
目前国内驼峰已经基本实现自动化，驼峰自动化系统已经是比较成熟的控制系统。
驼峰自动化系统在路内投入使用的有多家，主要有：[参考文献2]⏹TW系列驼峰自动化系统。
实现了溜放进路、驼峰连锁、间隔调速和目的调速等自动化功能。
该系统曾经率先将计算机联锁技术应用到驼峰上，并且在下峰整理调车进路、推送进路、场联等功能与溜放作业自动化结合方面有较大的创新；率先在驼峰自动化更改中甩掉继电自动集中和半自动调速而独立应用；率先在具有间隔制动位的站场实现全场集中操纵；率先实现了双推双溜的自动化作业。
⏹TBZKII型驼峰系统。
系统将驼峰推峰机车控制、驼峰进路控制和驼峰溜放速度控制纳入计算机控制和管理，实现了驼峰作业的自动化。
实现了机车遥控和驼峰进路、速度控制的整合。
⏹TYWK型驼峰自动化系统。
该系统是由全电子模块构成的驼峰推送进路控制、调车进路控制、溜放进路控制和溜放速度控制的集散式自动控制系统。
11.2 驼峰业务的主要术语⏹峰下减速器：安装在交叉渡线后，主要用于间隔调速的车辆减速器。
习惯称为第一制动位。
⏹线束减速器：安装在线束前，主要用于间隔调速的车辆减速器。
习惯称为第二制动位。
⏹调车线始端减速器：安装在调车线始端，主要用于目的调速的车辆减速器。
习惯称为第三制动位。
⏹调车线内减速器：安装在调车线内适当位置，用于目的调速的车辆减速器。
习惯称为第四或以上的制动位。
⏹安全连挂：运动中的车组以不超过允许连挂的速度与停留车连挂，或与前方动车组以不超过允许连挂速度的相对速度连挂。
⏹安全连挂率：安全连挂的车组数占总测试车组数的比率。
⏹天窗: 调车线内溜放车组途停时与前方停留车之间的间隙≥3m。
天窗的长度以前、后车车钩中心之间的距离来计量.⏹定速：人工设定的车组离开减速器时应有的速度。
⏹减速器出口速度：车组最后轮对出清减速器时所具有的实际速度。
⏹间隔制动位：主要用于调整车组溜放间隔的减速器制动部位。
通常指峰下减速器和线束减速器。
⏹目的制动位：主要用于调整车组速度，以实现目的安全连挂的减速器制动位。