高速磁浮列车安全速度曲线算法及紧急制动控制研究
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摘要
高速磁浮铁路系统是未来高速铁路的一个发展方向，高速磁浮铁路的超高运行速度对其运行控制系统保证列车安全运行提出了较高的要求，当高速磁浮交通系统遇到故障，磁浮列车应立即紧急制动，此时如何保证列车安全准确的停靠在辅助停车点是一个值得仔细研究的问题。本文从这一问题出发，论述了高速磁浮列车安全速度曲线及紧急制动控制的原理及实现。
本文首先综述了磁浮高速铁路系统安全速度防护系统，第二章对运行控制系统的核心防护功能—速度曲线监控功能的实现作了详细的论述，第三章则给出了速度曲线监控功能中磁浮列车安全速度防护曲线的算法，包括磁浮列车安全制动上限速度防护曲线、磁浮列车安全制动下限速度防护曲线、磁浮列车安全速度防护上限曲线和高速磁浮列车安全运行速度的范围。第四章讨论了磁浮列车紧急制动控制系统的设计，并给出了列车紧急制动仿真结果，仿真结果表明控制器的设计是有效的。第五章叙述了磁浮牵引供电模拟系统中安全速度防护功能的实现，最后一章对本文内容做了简要的总结，并提出一些本文未能讨论的关键技术。
High-speed maglev train is the future high-speed train. The high speed of the maglev train need its operation control system assure that the train is safe. When the maglev train meets any troubles, it must stop at once. At this time how to make the train safely and accurately stop at the next parking station is a problem that need to research on. From this question, the principle and implementation of the safe speed curve and braking control system of the maglev train's operation control system are discussed in this thesis.
In this thesis, the characters of the high-speed maglev transportation safe speed protection system are introduced firstly in chapter one. Subsequently, the realization of the speed curve watching function that is one of the core safety functions of the maglev train's operation control system is discussed carefully in chapter two. In chapter three the arithmetic of the maglev train's safe speed curves is discussed, including the safe braking speed upper limit curve, the safe braking speed lower limit curve, the safe speed upper limit curve and the range of the maglev train's safe operating speed. In the chapter four, I discussed the design of the maglev train braking control system and lay out the simulation results. The results show that the design is feasible. In the chapter five, our maglev simulation system and the realization of its safe speed protect function are introduced. Finally several problems, which are also important to the application of the maglev train's speed curve watching function, are given in the last chapter.
本文首先综述了磁浮高速铁路系统安全速度防护系统，第二章对运行控制系统的核心防护功能—速度曲线监控功能的实现作了详细的论述，第三章则给出了速度曲线监控功能中磁浮列车安全速度防护曲线的算法，包括磁浮列车安全制动上限速度防护曲线、磁浮列车安全制动下限速度防护曲线、磁浮列车安全速度防护上限曲线和高速磁浮列车安全运行速度的范围。第四章讨论了磁浮列车紧急制动控制系统的设计，并给出了列车紧急制动仿真结果，仿真结果表明控制器的设计是有效的。第五章叙述了磁浮牵引供电模拟系统中安全速度防护功能的实现，最后一章对本文内容做了简要的总结，并提出一些本文未能讨论的关键技术。
High-speed maglev train is the future high-speed train. The high speed of the maglev train need its operation control system assure that the train is safe. When the maglev train meets any troubles, it must stop at once. At this time how to make the train safely and accurately stop at the next parking station is a problem that need to research on. From this question, the principle and implementation of the safe speed curve and braking control system of the maglev train's operation control system are discussed in this thesis.
In this thesis, the characters of the high-speed maglev transportation safe speed protection system are introduced firstly in chapter one. Subsequently, the realization of the speed curve watching function that is one of the core safety functions of the maglev train's operation control system is discussed carefully in chapter two. In chapter three the arithmetic of the maglev train's safe speed curves is discussed, including the safe braking speed upper limit curve, the safe braking speed lower limit curve, the safe speed upper limit curve and the range of the maglev train's safe operating speed. In the chapter four, I discussed the design of the maglev train braking control system and lay out the simulation results. The results show that the design is feasible. In the chapter five, our maglev simulation system and the realization of its safe speed protect function are introduced. Finally several problems, which are also important to the application of the maglev train's speed curve watching function, are given in the last chapter.
引文
1、吴祥明，磁浮列车[M]，上海科学技术出版社，2003
2、韦巍，智能控制技术[M]，机械工业出版社，2000
3、王维汉，铁路专用通信[M]，北京：中国铁道出版社，1995
4、智廉清，孙福祥，林台平，吴培元，近代铁道制动技术[M]，北京：中国铁道出版社，1993
5、刘华清，等，德国磁悬浮列车[M]，西安：电子科技大学出版社，1995
6、楼顺天，于卫，基于MATLAB的系统分析与控制—控制系统[M]，西安：电子科技大学出版社，1999
7、Mohand Mokhtari，Michel Marie，MATLAB与SIMULINK工程应用[M]，电子工业出版社，2001
8、王沫然，Simulink4建模及动态仿真[M]，电子工业出版社，2002
9、黄平，杨峰，等，DirectDraw技术参考手册[M]，成都：西南交通大学出版社，1999
10、雷斌，杨建华，黄超，等，Visual C++6.0网路编程技术[M]，北京：人民邮电出版社，2000
11、David J.Kruglinski, Scot Wingo, George Shepherd, Programming Visual C++ 6.0技术内幕(第五版)[M]，北京希望电子出版社，1999
12、邵丙衡，张鑫，朱仙福，高速列车制动模式探讨[J]，机电车传动，1995年第5期
13、杨建勇，磁悬浮列车自动控制(ATC)系统研究，西南交通大学博士学位论文，2001
14、朱仙福，罗会美，邵丙衡，磁悬浮列车的涡流制动问题[J]，机电车传动，2001年第4期
15、朱仙福，张秀荣，高速列车轨道涡流制动的制动力分析与计算[J]，上海铁道大学学报，1996，17(4)：1—7
16、朱仙福，高速列车线性涡流制动电磁分析[J]，上海铁道学校学报，1994，15(2)：55—64
17、张湘，连级三，张昆仑，磁浮列车机械制动系统的自适应控制研究，铁道学报，2002年第3期
18、磁浮列车制动系统技术与造价评估子课题组，磁浮列车制动技术与造价评估(Z96007-7)报告[R]，北京：铁道科学研究院，1996
19、杨建勇，连级三，磁悬浮列车定位测速及数据传输方法研究[J]，铁道学报，2001年第1期
20、刘少克，德国磁悬浮列车TR07推进与制动系统[J]，机电车传动，2000年第3期
21、李莉，孟光，电磁型磁悬浮列车动力学研究综述[J]，铁道学报，2003年第4期
22、谢云德，常文森，尹力明，磁悬浮列车系统轨道动力学分析与实验研究[J]，国防科技大学学报，1997
23、Yoshioka H，等，山梨磁悬浮实验线车辆MLX01的动力学性能[J]，国外铁道车辆，2000，37(5)
24、刘进，吴汶麟，高速磁悬浮交通二维速度防护曲线及其算法研究[J]，中国铁道科学，2002年第4期
25、陈南翼，张健，高速列车空气阻力试验研究[J]，铁道学报，1998年第5期
26、原朝茂，列车空气抵抗测定法，日本铁道技术研究报告，430(1964)10
27、井门敦志等，高速车辆空气抵抗低减关风洞试验，日本铁道总研报告，1995，9(1)：32～37
28、荣先成，陈喜红，高速列车气动特性分析技术及其发展[C]，铁道学报，1998年第2期
29、卢执中，我国列车空气动力学研究的回顾与展望[C]，高速列车空气动力学研讨会，长沙铁道学院，1995
30、张小钢，刘应清，高速列车湍流绕流三维数值模拟研究[C]，高速列车空气动力学研讨会，西南交通大学，1995
31、应之丁，夏寅荪，邵丙衡，轨道涡流制动实验与研究[J]，上海铁道大学学报，1999年第6期
32、武清海，列车空气动力学数值仿真研究[J]，中国铁道科学，2002年第4期
33、张逸成，沈玉琢，庞乾麟，姚勇涛，旋转涡流制动器电磁机构的设计研究[J]．铁道学报，1998年第6期
34、王洪波，用PLC采集运行数据辨识列车运动模型[J]，计算机测量与控制，2002年第3期
35、陈宇明，金能强，直线同步电机的磁场与力特性分析[J]，电工电能新技术，2002年第1期
36、张永，高温超导磁悬浮列车悬浮、导向及驱动的研究[D]，北京：中国科学院电工研究所，1999
37、焦留成，垂直运动永磁直线同步电动机参数及特性的研究[D]，北京：中国矿业大学，1998
38、范承治，等，牵引供电系统技术分解、集成及关键设备国产化可行性研究，国家“十五”重大专项课题中期报告，2003
39、王红霞，姚家亮，网络环境下基于Winsock进程通信方法[J]，计算机时代，2001年第10期
40、Resistance to Forward Movement of TGV-PSE Train sets, valuation of Studies and Results of Measurements.French Railway Review, 1983, 1(1): 15～26
41、J. Cheinrich, Huyakorn P S, Czienkiewicz O and Mitchell A R, An 'upwind' finite element scheme for two dimensional convective transport equation[J], International Journal for numerical in methods in engineering, 1997, 11: 131—143
42、Hahn S Y, Bigeon J and Sabonnadiere J C, An 'upwind' finite method for electromagnetic field problems in moving media[J], International Journal for numerical in methods in engineering, 1987, 24: 2071—2086
43、Davey K, An integrated Maglev System[C], 15th international Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998: 90—96
44、Ono M, Sakuma Y, Adachi H, Train Control Characteristic and the Function of the Position Detecting System at Yamanashhi Maglev Test Line[C], 15th international Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998: 126—130
45、Friedrich R, etc, Propulsion and Power Supply System of the Transrapid 07
Vehicle Design and Test Result Part 1, Propulsion[C], International Conference on Maglev Transport'85, 1985
46、Friedrich R, etc, Propulsion and Power Supply System of the Transrapid 07 Vehicle Design and Test Result Part 2, Propulsion[C], International Conference on Maglev Transport'85, 1985
47、Tom Hopkins, Julio Pinto Silva, etc, Maglift Monorail A High-Performance、Low-Cost and Low-Risk Solution for High-Speed Groud Transportation[C], High Speed Ground Transportation Association 1999 Annual Conference, Seattle, 1999
48、Siclari M J, Carpenterand G, Ende R, Navier-stokes Computation for a Magnetically Levitated Vehicle(Maglev) In Ground Effect[C], AIAA, 93～2950
49、Ramakrishnan S V, Chen C L, Chakravartny S R, Szema K Y, Numerical Simulation of Two Opposing High-Speed Trains In a Tunnel[C], AIAA, 95～0746
50、Kozo, Fujiiand Takanobu, Ogawa, Aerodynamics of High-Speed Trains Passing by Each Other, Computers & Fluids, 1995, 24(8): 897～908
51、Aita S, Tabbal A, Mestreau E, Montmayeur N, Masbernat F, Wolfhugeland Y F, Dumas J C, Aerodynamics of the French High-Speed Train, SAE paper 920343, Feb(1992)
52、U. Wiescholek, D.Rogg, High-Speed Magnetic Levitation System Transrapid, 14th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1995
53、S Burkert, H Eilers, Fail-Safe Computer Aided Operations Control Systems for the Transrapid Maglev High-Speed Railway, 14th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1995
54、G. Lo Verso, A Fuzzy Control Technique for a Magnetically Levitated System, 14th International Conference On Magnetically Levitated Systerns, 1995
55、E. A Marburger, The Transrapid-a Futuristic Technology about to Become a Part of Today's Transport System, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
56、J Meins, Contact Power Supply for Transport Systems, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
57、T R Eastharm, High Speed Rail and Maglev: Complementary or Competition, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
58、M Wackers, R Budell, The Superspeed Maglev System Transrapid: Market Opportunities and Potential, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
59、W Fischer, Vehicle Command/Control and On-line Diagnosis for Automatic Operation of the Superspeed Maglev System Transrapid, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
[1] 刘智勇，韦巍，“Softnet技术应用研究”，工业控制计算机，2003．8
[2] 刘智勇，韦巍，“以太网在工业控制中的应用实现”，电气自动化，2003．11
[3] 刘智勇，韦巍，“PLC与PC的以太网通信研究”，电子与信息学报增刊，2003．10
2、韦巍，智能控制技术[M]，机械工业出版社，2000
3、王维汉，铁路专用通信[M]，北京：中国铁道出版社，1995
4、智廉清，孙福祥，林台平，吴培元，近代铁道制动技术[M]，北京：中国铁道出版社，1993
5、刘华清，等，德国磁悬浮列车[M]，西安：电子科技大学出版社，1995
6、楼顺天，于卫，基于MATLAB的系统分析与控制—控制系统[M]，西安：电子科技大学出版社，1999
7、Mohand Mokhtari，Michel Marie，MATLAB与SIMULINK工程应用[M]，电子工业出版社，2001
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9、黄平，杨峰，等，DirectDraw技术参考手册[M]，成都：西南交通大学出版社，1999
10、雷斌，杨建华，黄超，等，Visual C++6.0网路编程技术[M]，北京：人民邮电出版社，2000
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16、朱仙福，高速列车线性涡流制动电磁分析[J]，上海铁道学校学报，1994，15(2)：55—64
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27、井门敦志等，高速车辆空气抵抗低减关风洞试验，日本铁道总研报告，1995，9(1)：32～37
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29、卢执中，我国列车空气动力学研究的回顾与展望[C]，高速列车空气动力学研讨会，长沙铁道学院，1995
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32、武清海，列车空气动力学数值仿真研究[J]，中国铁道科学，2002年第4期
33、张逸成，沈玉琢，庞乾麟，姚勇涛，旋转涡流制动器电磁机构的设计研究[J]．铁道学报，1998年第6期
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35、陈宇明，金能强，直线同步电机的磁场与力特性分析[J]，电工电能新技术，2002年第1期
36、张永，高温超导磁悬浮列车悬浮、导向及驱动的研究[D]，北京：中国科学院电工研究所，1999
37、焦留成，垂直运动永磁直线同步电动机参数及特性的研究[D]，北京：中国矿业大学，1998
38、范承治，等，牵引供电系统技术分解、集成及关键设备国产化可行性研究，国家“十五”重大专项课题中期报告，2003
39、王红霞，姚家亮，网络环境下基于Winsock进程通信方法[J]，计算机时代，2001年第10期
40、Resistance to Forward Movement of TGV-PSE Train sets, valuation of Studies and Results of Measurements.French Railway Review, 1983, 1(1): 15～26
41、J. Cheinrich, Huyakorn P S, Czienkiewicz O and Mitchell A R, An 'upwind' finite element scheme for two dimensional convective transport equation[J], International Journal for numerical in methods in engineering, 1997, 11: 131—143
42、Hahn S Y, Bigeon J and Sabonnadiere J C, An 'upwind' finite method for electromagnetic field problems in moving media[J], International Journal for numerical in methods in engineering, 1987, 24: 2071—2086
43、Davey K, An integrated Maglev System[C], 15th international Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998: 90—96
44、Ono M, Sakuma Y, Adachi H, Train Control Characteristic and the Function of the Position Detecting System at Yamanashhi Maglev Test Line[C], 15th international Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998: 126—130
45、Friedrich R, etc, Propulsion and Power Supply System of the Transrapid 07
Vehicle Design and Test Result Part 1, Propulsion[C], International Conference on Maglev Transport'85, 1985
46、Friedrich R, etc, Propulsion and Power Supply System of the Transrapid 07 Vehicle Design and Test Result Part 2, Propulsion[C], International Conference on Maglev Transport'85, 1985
47、Tom Hopkins, Julio Pinto Silva, etc, Maglift Monorail A High-Performance、Low-Cost and Low-Risk Solution for High-Speed Groud Transportation[C], High Speed Ground Transportation Association 1999 Annual Conference, Seattle, 1999
48、Siclari M J, Carpenterand G, Ende R, Navier-stokes Computation for a Magnetically Levitated Vehicle(Maglev) In Ground Effect[C], AIAA, 93～2950
49、Ramakrishnan S V, Chen C L, Chakravartny S R, Szema K Y, Numerical Simulation of Two Opposing High-Speed Trains In a Tunnel[C], AIAA, 95～0746
50、Kozo, Fujiiand Takanobu, Ogawa, Aerodynamics of High-Speed Trains Passing by Each Other, Computers & Fluids, 1995, 24(8): 897～908
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52、U. Wiescholek, D.Rogg, High-Speed Magnetic Levitation System Transrapid, 14th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1995
53、S Burkert, H Eilers, Fail-Safe Computer Aided Operations Control Systems for the Transrapid Maglev High-Speed Railway, 14th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1995
54、G. Lo Verso, A Fuzzy Control Technique for a Magnetically Levitated System, 14th International Conference On Magnetically Levitated Systerns, 1995
55、E. A Marburger, The Transrapid-a Futuristic Technology about to Become a Part of Today's Transport System, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
56、J Meins, Contact Power Supply for Transport Systems, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
57、T R Eastharm, High Speed Rail and Maglev: Complementary or Competition, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
58、M Wackers, R Budell, The Superspeed Maglev System Transrapid: Market Opportunities and Potential, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
59、W Fischer, Vehicle Command/Control and On-line Diagnosis for Automatic Operation of the Superspeed Maglev System Transrapid, 15th International Conference On Magnetically Levitated Systems, 1998
[1] 刘智勇，韦巍，“Softnet技术应用研究”，工业控制计算机，2003．8
[2] 刘智勇，韦巍，“以太网在工业控制中的应用实现”，电气自动化，2003．11
[3] 刘智勇，韦巍，“PLC与PC的以太网通信研究”，电子与信息学报增刊，2003．10
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