高速列车网络与控制技术第5章 主动控制技术
列车总线控制基础(列车通信网络概述)
简化网络结构：一般将网络形式简化成线形；
简化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2～3层；
简化节点信息，通常简化到只有几字节。
采用网络管理技术来实现实时性，并保证其可预知性。
例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模，就可以 将响应时间控制在指定的时间内。
总之，实时性要求是现场总线区别于一般计算机通信的主要 因素。改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定性 是现场总线的重要发展趋势。
— 传统控制系统中设备的连接都是一对一的
布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便
很强的系统扩展性
– 主机能自动识别设备的增加或删减 – 无需架设新的线缆 – 无需系统停机
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现场总线概述
2.现场总线的特点
现场总线控制系统结构
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现场总线概述
3.现场总线的特殊功能 (1)经济、安全、可靠地传输信息
还要增加到十二种类型
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现场总线技术与计算机通信技术
计算机通信技术的发展会从各个方面影响现场总 线的发展。 但是，二者在基本功能、信号传输要求和网络结 构上均有所不同。
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现场总线技术与计算机通信技术
1. 基本功能
计算机通信的基本功能：可靠地传递信息。 现场总线的功能则是包括了更多的内容： ①高效、低成本地实现仪表及自控设备间的全数字化通信， 以体现其经济性； ②解决现场装置的总线供电问题，实现性现场总线的本质安 全规范，以体现其安全性； ③解决现场总线的环境适应性问题，如电磁干扰、环境温度 、适度、振动等因素，以体现其可靠性； ④现场仪表及现场控制装置要尽可能地就地处理信息，不要 将信息过多地在网络上往返传递，以体现现场总线技术发 展趋势——信息处理现场化。
《主动控制技术》PPT课件
模型为高阶无理分式函数，不便加于线 性仿真中进行研究。由于该模型频谱斜率 较高，更适合于与飞机结构模态有关的飞 行品质研究。
Dryden模型和Von Karman模型的比较
在给定的紊流强度和紊流尺度下，比较两 个模型的纵向频谱函数可见：在低频范围 内，两者几乎重合，而在高频范围内显示 出差别，特别是斜率的差别。
飞机在阵风中飞行时，过载增量与飞行速度 V、翼载P以及升力系数 CL 有关，同时也与垂直 阵风速度 VW 0 成正比.
阵风还会引起飞机结构模态振动，尤其对于பைடு நூலகம்机身细长而挠性较大的高速飞机影响更为严重。 不仅使乘员感到不舒服，甚至会影响驾驶员完成 任务的能力。
一般，垂直过载超过0.2g时，仪表判读就很 困难，而在超过0.5g并持续几分钟时，驾驶员由 于担心飞机要出事故，便会改变飞机的高度、速 度。横向振动过载的允许值为垂直过载的1/2。
前置滤波器：实际上是一个迟后——超前低通
滤波器网络，又称为驾驶指令模型（或指令成 形滤波器），其传递函数通常为（T1s+1） /(T2S+1) ，其中T2>T1。该滤波器的主要作用 是滤除杆力的猛烈冲动和高频噪声，并使指令
变得柔和平滑；另一方面该网络的超前作用又
可补偿系统中后续环节（如舵机、助力器）中 的相位迟后，改善系统的飞行品质。
这种机动方式可以消除在跟踪地面目标 过程中，为修正航向偏差和瞄准偏差而出 现的横滚摇摆现象，对地投弹时能显著提 高飞行员瞄准目标的能力。在攻击空中目 标时，可提高飞机的反应速度和改善瞄准 精度。
直接侧力控制
直接侧力控制
2、机身偏航指向
要求在不改变航迹角 的情况下改变
第五章 高速列车控制技术简介
第五章高速列车控制技术简介1．1 高速列车监控与诊断系统的作用及其发展1.1.1．高速列车监控与诊断系统的功能高速列车监控及诊断系统是保证列车运行安全、快捷、舒适性和节能所必需的系统，其主要功能如下：(1)对高速列车的运行进行全面统一的正确控制和监测，以保证司机操纵作用；(2)通过综合监测保证高速列车系统控制设备以及列车中每节车辆的各受控设备按照司机操纵和行车指挥命令，协调工作；(3)迅速正确地检测出列车控制与诊断所需的各种信息，以便司机及时发现列车运行中可能出现的各种故障情况，包括显示确定故障部位以便司机采取相应的应急处理措施并通知地面车辆维修部门准备采取措施；(4)对于列车所在线路绝对位置的检测：通常是利用速度发电机的速度脉冲计算得到距离，并可利用地面标记和手动按键修正里程，不仅给司机提供信息，也给地面通讯网和行车调度随时提供列车位置的精确信息。
1.1.2发展概况由于该系统对高速列车安全运行的重要作用，世界各国在发展高速铁路时都十分重视该系统的研究和开发，首先是在列车控制方面，许多国家作为先进列车控制系统(Advanced Train Control Systems)研制了多种基础技术设备，例如列车超速防护系统、卫星定位系统、车载智能控制系统、车载微机自动监测和诊断系统等。
目前在世界高速铁路上的自动控制方式主要分为两类，一类是以设备为主、人控为辅的控制方式，以日本新干线采用的ATC(列车自动控制)方式为代表。
另一类是人机共用、人控为主的方式，以法国TGV高速列车为代表，主要采用有TVM300型安全防护系统及改进的TVM430型安全防护系统，还有德国ICE高速列车采用的FRS速差式机车信号和LZB型双轨条交叉电缆传输式列车控制设备(表7-2)。
1.1.3ATP和ATC装置无论何种方式的列车控制系统，其行车安全的基础是必须确保运行速度的限制，该功能最初是超速防护装置，以后又发展为列车自动保护系统(ATP)，ATP的保护能力主要是遵守信号显示触发自动制动作用，具有连续控制列车速度作用的ATP系统也称为A TC(列车自动控制系统)，例如日本新干线l00系高速列车应用的A TC速度控制(图1.1)。
高速铁路技术中列车控制系统的使用教程
高速铁路技术中列车控制系统的使用教程随着科技的不断发展，高速铁路技术的应用变得越来越普遍。
高速铁路列车控制系统是确保高速铁路运行安全、高效的关键因素之一。
本文将为您详细介绍高速铁路技术中列车控制系统的使用教程，帮助您更好地了解和应用这一关键技术。
一、列车控制系统概述列车控制系统是高速铁路运行的核心组成部分，它通过各种传感器和控制器的配合，实时监测和控制列车的速度、位置、加速度等参数。
具体来说，列车控制系统主要包括列车自动保护系统（ATP）、列车自动控制系统（ATC）、列车自动驾驶系统（ATO）以及列车自动门系统等。
1. 列车自动保护系统（ATP）：该系统的主要作用是保证列车在运行过程中的安全。
它通过与信号系统和道岔系统的联动，监测列车的运行速度和位置信息，并在必要时采取紧急制动措施，确保列车的安全停车。
2. 列车自动控制系统（ATC）：ATC系统通过信号传输和处理，实现列车的自动控制。
它能够根据列车位置信息和线路环境条件，对列车速度进行调整和控制，以实现高速铁路的高效运行。
3. 列车自动驾驶系统（ATO）：ATO系统是高速铁路技术的一项核心功能，它可以代替司机控制列车的行驶。
ATO系统通过先进的计算机算法和传感器，精确控制列车的加速度、减速度和停车位置，确保列车运行更加平稳和高效。
4. 列车自动门系统：该系统可以自动控制列车车厢的门的开闭，确保乘客的安全和便利。
它能够根据列车运行状态和站台情况，自动打开和关闭车门，提供高效的上下车服务。
二、列车控制系统的使用步骤在高速铁路技术中，使用列车控制系统需要遵循一系列的步骤，确保系统的正常运行和安全性。
1. 启动系统：打开列车控制系统的开关，系统开始自检和初始化。
在此过程中，要仔细确认各个子系统是否正常运行，包括ATP、ATC、ATO以及车门系统等。
2. 输入列车信息：根据系统要求，输入列车的运行信息，包括起始站点、目的地、运行时间和站台信息等。
这些信息将作为控制系统的基础，确保列车按照设定的线路和时间表运行。
CRH列车网络控制系统 ppt课件
GW
Train bus列车总线
GW
MPU
Vehiclename 车辆名称
Mc2
Vehiclebus 车辆总线
M2S TP M2
Vehiclebus 车辆总线
T2
TPB MH
MPU
Mc1
• 一个标准的TCMS模块可以控制4节车辆，并且 包括两个不同的等级：
TCU: Traction Control Unit 牵引控制单元
GW: HVAC: LT: MPU LC: MPU LT:
Gateway WTB/MVB
THale Waihona Puke :网关 WTB/MVBAir Conditioning 空调
TS:
Train Logic display 列车逻辑显示 WC 器
Microprocessor Unit Comfort Line CB 微处理器单元车内设施线路
注：有 重影的 设备表 示冗余。
ACU:
Auxiliary Control Unit 辅助控制单元
PIS: Passenger Information System 乘客信息系统
BCU: CGA:
Brake Control Unit 制动控制单元 REP: Repeater 中继器
Automatic Coupler central unit 自动车钩中央单元
– 诊断线采用CAN总线替代RS－485 – 充电机连接到CAN总线上 – 将自动车钩控制单元连接到CAN总线上 – 司机室 RIOM在 MVB-A 和 MVB-B上分开 – “本地牵引控制”(CLT)与 HV箱RIOM集成
在一起
高速列车的运行控制技术研究
高速列车的运行控制技术研究第一章绪论高速列车作为现代城市间交通的重要运输工具，其运行控制技术是保证其安全、快速、稳定运行的关键。
本文将从高速列车行驶原理、运行控制系统及其技术等方面，探讨高速列车的运行控制技术研究。
第二章高速列车行驶原理高速列车依靠电力驱动，由电机、变速器、减震器等构成，通过轮轨互动实现牵引、制动、悬挂等功能。
高速列车的关键技术包括牵引系统、制动系统、悬挂系统和车体防风系统。
高速列车的牵引系统是其驱动运行的重要组成部分，主要由交流电机、变速器、牵引控制器等设备组成。
交流电机作为高速列车主要的动力装置，其动力输出能力、效率和可靠性等性能指标直接影响高速列车的运行效率和经济性。
变速器主要起到调节电机功率及转速的作用，采用可变频率方式，能够匹配电机的性能变化。
牵引控制器则是高速列车牵引系统中最关键的控制单元，主要用于调节和控制电机的工作状态。
高速列车的制动系统是保证其安全驶行的重要设备，主要由空气制动器、回复能制动器、再生制动器等装置组成。
空气制动器是高速列车制动系统的主要组成部分，采用气压控制方式实现制动力的调整。
回复能制动器则利用列车运动过程中的动能，在能量回收模式下实现制动。
再生制动器则利用电动机制动时产生的能量，通过逆变器进行能量回收，使得电动机产生的制动力和惯性制动力得以共同作用于制动，从而提高了制动效率。
高速列车的悬挂系统是确保列车通过轨道达到平稳行驶的关键设备，主要由底架、减震器、弹簧等部分组成。
减震器采用液压减振方式实现，主要用于隔离列车与轨道之间的震动和噪声。
弹簧则用于缓冲车架与轮对之间的冲击，提高列车的平顺性。
车体防风系统主要用于防止列车高速行驶过程中产生的气动力影响，减小风阻，提升速度和稳定性，主要包括鸭腿板、风挡玻璃、侧窗等。
第三章运行控制系统高速列车的运行控制系统是由列车控制、信号与通信、电气动力、轨道电路等多个子系统构成的。
其中列车控制系统是保证高速列车运行的最关键部分。
高速铁路信号系统-第五章 CTCS2-200H ATP系统
5.2 车载设备功能
5．两种车载工作方式选择 列控车载设备具有设备制动优先和司机制动优先两种模式，允许通过内部设置（机柜 内跳线）进行选择。 6．CTCS 级间切换 CTCS 级间切换主要指列控车载设备与LKJ之间控制权的切换。列控车载设备在地面 应答器的配合下，可以在区间完成与LKJ的自动切换，也可以通过人机界面进行人工 切换。控车权的交接以列控车载设备为主。为保证制动的安全性、平稳性和连续性， 如果在切换时列控车载设备或LKJ已经触发制动，则在停车后或缓解后方可切换。
5.2 车载设备功能
7．防 溜 在列车停车的状态下，会对列车的不恰当移动进行防护，防止列车在停车状态下发生 非预期的前后移动。 8．与 LKJ 接口 通过开关量接口、通信接口、模拟量接口，列控车载设备向 LKJ 输出控车权，与
LKJ交换与运行监督记录有关的信息，提供轨道电路感应信号、机车信号等。LKJ 经列控车载设备与列车的制动控制接口连接。LKJ 向列控车载设备输出 LKJ 制动 状态以及司机号、车次号、日期、时间等信息。。
CTCS2-200H ATP系统
车载设备由车载安全计算机、轨道信息接收单元（STM）、应答器信息接收单元 （BTM）、制动接口单元、记录单元、人机界面（DMI）、速度传感器、BTM天 线、STM天线等组成。
图5.1 CTCS-2级列控系统车载设备
CTCS2-200H ATP系统
列控地面设备由车站列控中心控制，ZPW-2000系列轨道电路、车站电 码化设备传输连续列控信息，应答器传输点式列控信息。列控车载设备 根据地面提供的动态控制信息、线路静态参数、临时限速信息及有关列 车数据，生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行。同时，记 录单元对列控系统有关数据及操作状态信息进行实时动态记录，ATP 地 面控制中心与CTC或TDCS联网，实现运输指挥中心对列车的直接控制， 达到拥有车地一体化的列车控制能力的目的。
高速列车的轨道控制技术
高速列车的轨道控制技术随着科技的不断发展，高速列车的轨道控制技术也得到了巨大的进步。
这项技术使得高速列车能够更加安全、高效地运行。
本文将介绍高速列车轨道控制技术的发展历程及其对行车安全和运行效率的影响。
一、高速列车轨道控制技术的发展历程高速列车的轨道控制技术起源于早期的机械化控制系统，当时通过人工设定轨道与列车间的间隔来控制行车。
然而，这种技术存在着依赖人工操作、反应速度慢和容易出错的问题。
为了解决这些问题，高速列车轨道控制技术逐渐从机械化控制发展为电子化控制。
电子化控制系统通过传感器和计算机控制系统来实现对轨道与列车的监测和调整。
进一步发展之后，高速列车轨道控制技术逐渐引入了自动化控制系统。
自动化控制系统借助先进的传感器和计算机技术，能够实现对列车的自动调整和控制。
这种技术使得高速列车能够更加精确地控制轨道和列车之间的间隔，提高了行车的安全性和稳定性。
二、高速列车轨道控制技术对行车安全的影响高速列车轨道控制技术的不断发展对行车安全有着重要的影响。
首先，通过精确的轨道控制，可以有效防止列车偏离轨道或发生脱轨事故。
其次，自动化控制系统能够快速监测和应对各种异常情况，如突发停车、行车冲突等，以保证列车行车过程中的安全。
此外，轨道控制技术还可以实现列车之间的间隔控制，通过调整行车速度和间隔距离，能够有效避免列车之间的碰撞，提高行车的安全性。
三、高速列车轨道控制技术对运行效率的影响高速列车轨道控制技术的发展对运行效率也有着积极的影响。
首先，精确的轨道控制能够减少列车在行驶过程中的摩擦和阻力，从而提高了列车的速度和能效。
其次，自动化控制系统能够实现列车之间的精确间隔控制，减少了行车过程中的停车等待时间，提高了列车的运行效率。
此外，高速列车轨道控制技术还可以通过预测和调整行车路线，优化列车的运行轨迹，减少了行车时间和能源的消耗，提高了列车的整体运行效率。
结论高速列车轨道控制技术的发展使得列车行驶更加安全、高效。
高速列车智能控制技术的研究与应用
高速列车智能控制技术的研究与应用近年来，高速列车的快速发展、普及和应用已经成为了交通运输行业需要深入研究和探索的领域之一。
作为一种高效、快速、安全和舒适的交通工具，高速列车的使用广泛涵盖了人类生产、生活和交往的多个方面。
因此，高速列车智能控制技术的研究和应用变得至关重要。
在现代科技的支持下，高速列车智能控制技术的研究与应用已经成为了科技研究和工业应用的一个重要趋势。
一、高速列车智能控制技术的基本概念智能控制是指利用计算机、人工智能等技术对系统进行建模、优化、辨识、预测、控制和调节的一种技术方法。
高速列车智能控制技术是指利用现代科技中的计算机、通信和信号处理等技术手段，对高速列车进行即时控制和调节，从而保证高速列车在行驶过程中的运行稳定性、安全性和舒适度。
高速列车智能控制技术是高速列车安全、稳定和舒适的核心技术之一。
二、高速列车智能控制技术的研究现状目前，高速列车智能控制技术在国内外得到了广泛的研究和应用。
国内外多家知名企业和科研机构在该领域进行了深入的研究和开发，主要围绕高速列车自动驾驶、列车运行控制、信号安全检测、轨道监控等方面展开。
例如，日本的新干线列车采用了世界上先进的自动驾驶技术，能够以300公里的时速稳定行驶。
澳大利亚的高速列车也已经采用了先进的信号安全检测技术，实现列车的自动化驾驶和控制。
国内也有多家企业在该领域进行了试验和研究，例如中车株洲电力机车有限公司开发的高速列车安全保障系统，能够实现高速列车的智能驾驶和自动化控制。
三、高速列车智能控制技术的应用前景高速列车智能控制技术的研究和应用前景十分广阔，具有重大的社会和经济价值。
首先，高速列车智能控制技术可以提高高速列车的运行效率和准确度，保证列车行驶的速度和运行时间的稳定和准确。
其次，高速列车智能控制技术可以有效提高列车的安全性和稳定性，降低运营风险和事故率，从而提高高速列车在市场上的竞争力和生产力。
最后，高速列车智能控制技术可以优化列车的运行环境和乘车体验，提升乘客的舒适度和体验感，从而提高乘客对高速列车的信任和认可，推动高速列车的进一步发展和普及。
自动控制技术在高速铁路中的应用
自动控制技术在高速铁路中的应用随着科技的发展，自动控制技术已经广泛应用于现代交通领域，例如地铁、高速铁路等等。
其中，高速铁路是一项高度技术化的工程，在提高运输效率的同时，也为我们生活带来了更多的便利。
然而，高速铁路的快速运行同时也带来了诸多安全隐患，因此如何提高高速铁路的安全性成为了当前非常重要的问题。
这篇文章将从自动控制技术在高速铁路中的应用入手，探讨如何提高高速铁路的安全性，并展望未来高速铁路的发展方向。
高速铁路中的自动控制技术高速铁路的安全性是运行的首要指标，因此自动控制技术在高速铁路的运行中扮演着至关重要的角色。
在高速铁路中，运用自动控制技术来进行列车控制可以大大提高铁路的安全性和运行效率。
这种技术主要通过计算机控制系统来实现，从而消除了人为操作误差的影响。
一方面，计算机控制系统对列车速度进行了实时掌控，通过对列车运行状态进行全方位监控，能有效掌握列车的运行状况，及时发现潜在的安全隐患。
另一方面，自动控制技术还通过计算机控制系统来协调列车的开车、制动、加速和停车等操作，虽然不是完全消除人为操作的必要性，但减轻了人工操作负担，提高了运行效率。
高速铁路安全的挑战虽然自动控制技术在许多方面加强了高速铁路的安全性，但高速铁路的复杂性和高强度的运行也给安全性带来了新的挑战。
在高速铁路的运行过程中，需要克服的主要问题有以下几个方面：首先，降低列车出现故障的可能性。
自动控制技术在实际应用中也会存在问题，如控制器、传感器等部分的失效，这些问题可能会导致列车出现故障或者误报警。
一旦发生故障，会产生巨大的安全隐患，因此必须对设备进行严格的检测和维护。
其次，保障列车在高速运行过程中的稳定性。
高速运行会带来很大的惯性力和空气阻力，这两个力量对列车的稳定性会产生非常大的影响。
在这种情况下，必须保证自动控制系统对列车状态的监控能力，及时进行调整和掌控。
最后，防范极端天气、地震等自然灾害对高速铁路的影响。
极端天气和地震等自然灾害对高速铁路的冲击可想而知，因此必须在计算机控制系统和应急处理方面加强措施，防止因灾害引起较大交通事故。
高速火车自动控制技术的使用指南
高速火车自动控制技术的使用指南随着科技的不断进步，高速火车自动控制技术的应用已经成为现代铁路运输的重要组成部分。
自动控制技术的引入，不仅提高了高速火车的运行效率和安全性，还大大减轻了驾驶员的工作负担。
本文将为您介绍高速火车自动控制技术的基本原理、应用场景以及使用指南，希望能对您有所帮助。
高速火车自动控制技术的基本原理是通过全球定位系统（GPS）、无线通信以及车载电子设备等先进技术，实现对列车的自动控制和监控。
具体来说，自动控制系统通过接收来自列车前方信号设备的信息，实时计算并控制列车的速度、制动、加速度等参数，使列车能够自动保持安全的行车间距和速度。
高速火车自动控制技术的应用场景包括列车运行控制、列车运行监控和列车安全保障三个方面。
在列车运行控制方面，系统可以根据列车当前位置和前方信号设备的信息，自动调整列车的速度，保持适当的行车间距，提高列车的运行效率。
在列车运行监控方面，自动控制系统能够实时监测列车的速度、加速度以及制动状态，并传输这些数据至调度中心，以保障列车的安全运行。
在列车安全保障方面，自动控制系统能够自动识别并应对列车前方的障碍物，及时做出制动或加速的反应，确保列车的安全驶过。
使用高速火车自动控制技术时，需要遵循以下几点指南。
首先，乘客和工作人员应当了解自动控制系统的基本原理和操作流程，以便能够正确地使用该技术。
其次，在乘坐高速火车时，应当根据工作人员的指示正确进出车厢，并保持车厢内的安静和整洁，以确保自动控制系统的正常运行。
此外，在乘坐高速火车时，乘客应当遵守列车的乘坐规定，不得私自进入驾驶室或进行其他危险行为，以确保列车的安全运行。
最后，需要指出的是，高速火车自动控制技术虽然可以提高列车的运行效率和安全性，但仍然需要驾驶员的监控和干预。
因此，在使用高速火车自动控制技术时，驾驶员仍然需要保持警觉，随时准备做出反应，以确保列车的安全运行。
基于高速火车自动控制技术的不断更新和发展，未来还有许多潜在的应用和发展方向。
高速列车的智能控制系统设计
高速列车的智能控制系统设计智能控制系统在现代交通工具中扮演着重要的角色，特别是在高速列车领域。
高速列车的智能控制系统设计是为了提高列车的安全性、可靠性和运行效率。
在本文中，我们将详细讨论高速列车智能控制系统设计的各个方面，并探讨一些当前正在使用的技术和未来可能的发展方向。
首先，高速列车的智能控制系统设计需要考虑到列车的安全性。
安全是高速列车运行的首要任务，智能控制系统必须能够监测列车的各个部件的工作状态，并及时发出警报或采取措施来确保列车的正常运行。
例如，智能控制系统可以监测列车的制动系统、牵引系统和悬挂系统的工作状态，并在发现异常情况时立即停止列车或降低列车速度。
其次，高速列车智能控制系统设计需要考虑到列车的可靠性。
高速列车通常需要长时间运行，系统组件的持续可靠性至关重要。
智能控制系统应采用可靠的硬件和软件架构，以确保系统的可靠性和稳定性。
此外，智能控制系统还应具有自诊断和自修复的能力，以便在发生故障时能够自动检测和修复问题，减少列车停运时间和维修成本。
高速列车的智能控制系统设计还需要考虑到列车的运行效率。
为了提高列车的运行效率，智能控制系统应该具备先进的调度和控制功能。
通过实时监测列车的运行状态和交通状况，智能控制系统可以优化列车的速度和停站策略，减少列车在路上的时间和能源的浪费。
此外，智能控制系统还可以根据列车的负荷情况和乘客需求，动态调整座位和车厢的配置，提供更好的乘坐体验。
在高速列车智能控制系统设计中，有几个关键技术是不可或缺的。
首先是信号处理技术。
高速列车的智能控制系统需要处理大量的传感器数据，包括速度、加速度、温度等。
信号处理技术可以对这些数据进行滤波、降噪和提取有用的信息。
其次是数据通信技术。
高速列车智能控制系统需要实现与列车运营中心和其他车载设备的数据交互，以实现实时监测和远程控制。
因此，可靠的无线通信技术是必不可少的。
最后是人机交互技术。
高速列车的智能控制系统应该具有友好的用户界面，使乘务人员和乘客能够轻松理解和操作系统。
小学科普之高铁无线通信和信号控制技术
闭塞分区
闭塞分区
闭塞分区
闭塞分区
闭塞分区
什么是铁路信号控制
列车运行信号机显示意图
科普高速铁路无线通信和信号控制技术
高铁为什么需要智能化 什么是铁路通信（GSM-R） 什么是铁路信号控制 通信与信号如何配合 铁路通信与信号控制的重要性
- 节省时间：让多列火车同时运行而不混乱。 - 节约资源：减少人为失误，提高调度效率。
铁路通信与信号控制的重要性
未来发展
铁路无线通信由GSM-R相LTE-R发展，无线传输更快。 铁路控制更安全更可靠，并向无人驾驶发展。
铁路通信与信号控制的重要性
新目标 新挑战
• 新目标：到2035年，高铁7万公里，覆盖所有50万人以上城市。 • 新技术：研究600公里磁悬浮列车， 进一步提升速度和舒适度。 • 国际化：推动“一带一路”项目， 助力全球铁路交通现代化。
通信与信号如何配合
这种闭塞分区的方式解决了目视驾驶的问题，司机 可以根据信号灯判断前方车辆情况。 但是现在的列车原来越快，高铁达到350公里/小 时，同时人们希望发车的间隔更小，一条轨道上能 够容纳更多的车辆，这样我们的出行才能更方便。
如何才能实现发车 时间间隔短同时支 持更快的列车呢？
闭塞分区已经实现 人们期望更多更快
什么是铁路通信（GSM-R）
铁路无线信号频率
民用无线信号频率
铁路无线基站
民用无线基站
为了保障铁路通信安全，避免信号拥塞、干扰等情况发生，铁路通信采用专用的无线频率，和人们生活中 使用的手机无线频率相隔离，你用你的无线频率，我用我的无线频率，互不干扰。
什么是铁路通信（GSM-R）
高速动车组晃车现象的主动控制
某高速动车组在低速通过某些区段时会出 现车体晃动现象，具体表现为：在车速较低的 情况下车体小幅横向晃动，频率较低，乘客能 感受到明显不适。针对该现象，何旭升[1]对运 营中的高速动车组进行振动测试，认为轮轨匹 配等效锥度偏小以及抗侧滚扭杆、抗蛇行减振 器性能衰减是造成车体晃动的主要原因，并提 出了应该控制轮轨匹配等效锥度和保证转向架
针对车辆低频晃动现象，一般认为提高列 车运行速度使列车高速通过车辆的一次蛇行失 稳区域即可，但列车在实际运行过程中，会不 可避免的要低速通过某些区段。而在镟轮过程 中刻意提高轮轨接触等效锥度又会缩短镟轮周 期、增加运营成本，并且还容易产生二次蛇行 失稳。因此本文分析了车体晃动现象产生的机 理，建立了车辆系统非线性动力学模型，提出 了在一系转臂处加装机电作动器，利用主动控 制的方式改变转向架蛇行频率，避开车体的悬 挂模态，解决晃车问题。
·8·
机械
机械 2019 年第 9 期 第 46 卷
平稳性；方静赛[3]从频率俘获的角度分析了车 辆一次蛇行失稳机理，解释了晃车现象发生的 原因；李忠继[4]分析了等效锥度和转向架悬挂 参数对于车辆一次蛇行失稳的影响，并提出半 主动控制方式提高列车的运行平稳性；曾京[5] 在客车二系悬挂系统中采用具有开关阻尼控制 的横向半主动减振器，并考虑半主动悬挂系统 的时滞，分析被动悬挂和具有开关阻尼控制的 半主动悬挂客车在直线轨道上的蛇行运动稳定 性和随机振动响应。
( State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China ) Abstract：For coach shaking phenomenon of high-speed EMU passing low-speed section which consists of small amplitude, low frequency lateral vibration, this article analyses instability mechanism according to road test data and proposes that active control can change the frequency of bogie hunting motion to prevent the coach from suspension mode and thus avoid coach shaking. The result shows: coach shaking phenomenon is caused by frequency coupling of bogie hunting motion and coach suspension mode which is resulted by low equivalent conicity and suspension component aging. Active control can solve the problem of coach shaking effectively, lower the standard of lateral smoothness and ride comfort. Key words：car-body shaking；equivalent conicity；hunting motion inability；active control
高速列车网络与控制技术第5章 主动控制技术
5.1 主动控制的基本原理
5.2 主动控制和半主动控制
对于主动控制技术的工程应用来说，低能耗、低成本、结
构简单、可靠性高是主动控制系统能够投入应用的关键。
5.2 主动控制和半主动控制
5.2.1 被动悬挂系统
5.2.2
5.2.3
主动悬挂系统
半主动悬挂系统
5.2 主动控制和半主动控制
5.3 半主动减振器的基本原理
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.5.4 “蓝箭”动车的二系横向半主动悬挂系统的工作原理
1．半主动悬挂系统配置 2．半主动减振器减振力方向的控制 3．半主动减振器减振力幅值的控制 4．失效状态下半主动减振器的工作原理
5．控制系统流程
6.“蓝箭”动车的二系横向半主动悬挂系统试验
第 5章
主动控制技术
5.1 主动控制的基本原理
5.1.1 主动控制的基本概念
现有的机车车辆悬挂系统由各种弹性元件和阻尼元件组 成，如弹簧、液压减振器。这些元件的工作特点是在衰减振 动时并不需要外界提供能量，仅仅是耗散或暂时存储系统内 部能量，是一种被动的工作方式，故称为“被动悬挂”。
5.1 主动控制的基本原理
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.3 半主动减振器的基本原理
5.4 控制理论
5.4.1 控制理论概述
1．PID控制
2．线性最优控制 3．统计最优控制 4．鲁棒控制 5．预测控制 6．自适应控制 7．神经网络控制 8．模糊控制
列车网络第四章主动控制第二节
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高速列车网络与控制技术
3种强制式倾摆系统
强制倾斜式摆式车体按倾摆动力源可分为气动式、 液压式和机电式3 种。
摆式列车倾摆机构有如下四种模式：
a. 四连杆式倾摆机构；
b. 滚动导轨式倾摆机构；
c. 抗侧滚扭杆式倾摆机构；
d. 空气弹簧差压式倾摆机构。
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高速列车网络与控制技术
(1) 气动式 气动式倾摆系统是最早研究的一种强制式倾摆系统。 由于其响应速度慢, 现在已经很少运用。
摆式列车大部分都用的是液压式倾摆系统。
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高速列车网络与控制技术
液压倾摆机构
• • • • • • • 液压泵 冷却器 蓄能器 比例分配阀 电液伺服控制阀 作动器 管路等
作动器
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高速列车网络与控制技术
液压倾摆机构的特点
• 优点：——作动器推力大，速度高； ——较高的动态特性，频响快，控制精度高； ——技术比较成熟。 • 缺点：——系统复杂，制造成本高； ——能源消耗大； ——由于油液易渗漏，对环境有一定污染； ——系统（油压泵、冷却器、蓄能器、作动器 等）体积大，重量重。
径尺寸较大；
——系统（压缩泵、汽缸、蓄能器等）体积大。
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高速列车网络与控制技术
压缩空气倾摆机构的应用
• 滚子式倾摆系统为381系EMU摆式列车采用
• 空气弹簧式倾摆系统为300X试验列车采用
• 西班牙的Talgo也用空气弹簧形式。
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高速列车网络与控制技术
西班牙的Talgo—被动摆
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高速列车网络与控制技术
高速列车网络与控制技术
在既有线上进行提速
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高速列车网络与控制技术
摆式列车的组成（机械结构）
列控 第8讲 车辆主动控制技术
振动评价指标 铁道车辆振动特性关系到车辆行走的品质及 其乘坐的舒适性，前者的对象是车辆本身， 后者的对象是人。 经过多年的研究发现，车辆行走的品质不仅 与其振动加速度大小有关，还与振动的频率 密切相关；而乘坐的舒适性与人体曾受全身 振动的能力有关，是人的主观感受，与人体 对于不同频率振动的感知相关。
位移对u的传递函数为：
(m1s 2 c1s k1 )(c2 s c3s k2 k3 ) G2 ( s) (m2 s 2 c1s c2 s c3s k1 k2 k3 )(m1s 2 c1s k1 ) (c12s 2 2c1k1s k12 )
第8讲 车辆主动控制技术
本章内容 悬挂控制系统 振动评价指标 控制理论
悬挂控制系统基本原理 传统铁道车辆的振动控制可分为被动控制、 半主动控制后和主动控制三种基本的类型。 通常认为没有外部能量输入的振动控制称 为被动控制； 短暂输入能量调节系统刚度阻尼的振动控 制称为半主动控制； 需要持续输入外部能量并采用一定控制策 略给悬挂系统施加控制的振动控制称为主 动控制。
假设沿着列车运行线路的上方有一个虚拟的固定天棚， 在虚拟天棚与车体之间有一个虚拟的减震器来减少车 体的垂向振动。在车辆运行过程中，当收到地面不平 顺的激扰，通过悬挂系统，车体会产生上下的振动。 此时，如果存在一个虚拟减震器，他始终处于工作状 态：当车体有上升趋势时他将提供一个向下的力来抵 御车体的向上运动；当车体有下降趋势时，他将提供 一个向下的力使得车体不会向下运动。
Wz (Wz110 Wz 210 ... Wzn10 )0.1
我国铁路平稳性的评定等级分为3级：
平稳性等级 1级 2级 3级 评定 优 良好 合格 客车平稳性指标 W<2.5 2.5<W<2.75 2.75<W<3 货车平稳性指标 W<3.5 3.5<W<4 4<W<4.25
高速列车控制技术研究与开发
高速列车控制技术研究与开发高速列车是现代交通运输领域的重要组成部分，它以其高速、安全、舒适的特点迅速改变着人们的出行方式。
而高速列车的控制技术作为高速列车的核心技术之一，影响着高速列车的安全性、效率性、智能化水平等方面。
如何加快高速列车控制技术的研究与开发，是当前亟待解决的问题。
一、高速列车控制技术的基本原理高速列车的控制技术本质上是一种巨型系统控制问题。
它主要包括高速列车的制动控制、牵引控制、转向控制、供电控制、速度控制、运行控制等多个方面，这些方面共同决定了高速列车的安全性、经济性、智能化等方面的优劣。
其中，高速列车速度控制技术是高速列车控制技术的核心之一，它可以通过控制高速列车的加速度、减速度等参数，来实现高速列车的稳定、快速、经济的运行。
另外，高速列车的运行控制技术则是指控制高速列车的行车方案，优化列车运营效益，保障高速列车在复杂的运输环境中的安全、可靠、准时运行。
二、高速列车控制技术的主要问题高速列车控制技术的研究与开发面临着多种挑战和问题。
其中最主要的问题包括以下几个方面。
（一）高速列车的高速运行对制动控制技术的要求越来越高，需要实现高速度下安全、均匀、快速的制动。
但由于高速运行环境的复杂性，高速列车制动控制技术的研究需要考虑到制动距离、制动效率、制动质量等多个参数的优化问题。
（二）高速列车的牵引控制技术面临着牵引动力的增大、牵引速度的加快等问题，需要实现高运行速度下平稳、快速的牵引。
但由于牵引系统中存在的一些复杂问题，需要对液压动力机械、电气控制系统、电动机耐久性等多个方面进行优化研究。
（三）高速列车的转向控制技术需要实现高速列车的稳定、平稳、快速的运转，但由于前后轴距、曲线转弯半径的不同，需要对车辆转向控制系统进行优化研究。
（四）高速列车的供电控制技术需要实现对高速列车电力系统的稳定、可靠、高效供电，考虑到高速列车的大功率消耗，引导电流大的问题等因素，需要对高速列车的电力供应系统进行优化研究。
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5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.3.1 节流型半主动液压减振器
图5.14是日本研制的有级可调的节流型半主动液压减振 器，其结构与普通减振器相似，只增加了高速开关阀和一个 溢流阀及相应的油路。该可变阻尼减振器的节流孔通过4个 高速开关阀并联布置，或开或闭，形成不同节流面积，得到 不同阻尼。
5.3 半主动减振器的基本原理
5.3 半主动减振器的基本原理
5.3 半主动减振器的基本原理
5.4 控制理论
5.4.1 控制理论概述
1．PID控制
2．线性最优控制 3．统计最优控制 4．鲁棒控制 5．预测控制 6．自适应控制 7．神经网络控制 8．模糊控制
5.4 控制理论
5.4.2 控制理论的实例分析
5.4 控制理论
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.1 主动控制的基本原理
5.1 主动控制的基本原理
5.1.7 二系悬挂主动控制
二系悬挂系统主要是提高车辆的乘坐舒适性。对于被动悬
挂系统来讲，增加乘坐舒适性和减小悬挂系统挠度（ deflection）是一对矛盾的问题。增加悬挂系统行程有利于提 高乘坐舒适性，但会造成悬挂系统结构设计困难。采用二系悬 挂主动控制系统，即可解决乘坐舒适性和悬挂系统的最大挠度 之间的矛盾，保证在较小的悬挂系统行程的条件下提高乘坐舒 适性。
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
5.5.4 “蓝箭”动车的二系横向半主动悬挂系统的工作原理
1．半主动悬挂系统配置 2．半主动减振器减振力方向的控制 3．半主动减振器减振力幅值的控制 4．失效状态下半主动减振器的工作原理
5．控制系统流程
6.“蓝箭”动车的二系横向半主动悬挂系统试验
5.5.1 概 述
5.5.2天钩控制基Fra bibliotek概念5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
1．垂向天钩控制的基本原理 2．横向垂向天钩控制的基本原理
5.5.3
半主动减振器工作原理
1．KAYABA公司半主动减振器结构原理
2．LIEBHERR公司的半主动减振器结构原理
5.5 半主动控制技术的应用实例：“蓝箭” 动车的二系横向半主动悬挂系统
第 5章
主动控制技术
5.1 主动控制的基本原理
5.1.1 主动控制的基本概念
现有的机车车辆悬挂系统由各种弹性元件和阻尼元件组 成，如弹簧、液压减振器。这些元件的工作特点是在衰减振 动时并不需要外界提供能量，仅仅是耗散或暂时存储系统内 部能量，是一种被动的工作方式，故称为“被动悬挂”。
5.1 主动控制的基本原理
5.1 主动控制的基本原理
5.1.2 主动悬挂系统的组成和基本特征
1．组 成 2．基本特征
5.1.3
主动控制系统基本原理
5.1 主动控制的基本原理
5.1 主动控制的基本原理
5.1 主动控制的基本原理
5.1.4 主动控制系统的优缺点 1．优 点 2．缺 点
5.1.5 主动控制系统的分类
5.1.6 一系悬挂主动控制
5.1 主动控制的基本原理
5.2 主动控制和半主动控制
对于主动控制技术的工程应用来说，低能耗、低成本、结
构简单、可靠性高是主动控制系统能够投入应用的关键。
5.2 主动控制和半主动控制
5.2.1 被动悬挂系统
5.2.2
5.2.3
主动悬挂系统
半主动悬挂系统
5.2 主动控制和半主动控制
5.3 半主动减振器的基本原理
5.3 半主动减振器的基本原理
5.3.2 电流变半主动减振器
电流变液体减振器主要利用电场改变液体的黏度，从而改
变减振器的阻尼。由于它具有黏度可调，控制连续、可逆、准 确，响应灵敏等优点，可通过控制系统来主动调节阻尼。
5.3 半主动减振器的基本原理
5.3.3 磁流变半主动减振器
磁流变液（Magnetorheological fluids）是1948年由美国 工程师Rabinow首先发现的一种可控流体。