Научная статья на тему 'ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ ПОЕЗДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОВЕДЕНИЯ'

ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ ПОЕЗДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОВЕДЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
102
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АВТОВЕДЕНИЕ ПОЕЗДА / АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА / АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЕЗДА / СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЕДЕНИЯ ПОЕЗДА

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Жухин Никита Олегович

Применение систем автоведения подвижного состава повышает безопасность движения поездов, экономию энергоресурсов, снижает напряженность труда локомотивных бригад. Одной из основных отечественных систем автоведения поездов является унифицированная система автоматизированного ведения поезда (УСАВП). С целью дальнейшего совершенствования данной системы и ее испытаний в режиме автоведения вне подвижного состава предложена конструкция стенда для проверки системы УСАВП методом математического моделирования. Основой данного стенда является математическая модель поезда, взаимодействующая с проверяемой системой автоведения. Управляющие команды, сформированные системой автоведения, поступают в математическую модель, которая определяет параметры движения поезда. Модель формирует сигналы от датчиков тока, напряжения, давления и скорости, которые поступают обратно в систему автоведения. Такой подход позволяет моделировать движение поезда с выбранными параметрами по выбранному участку пути в режиме автоматизированного ведения поезда. В статье на примере одной из существующих систем автоведения рассмотрены различные подходы к разработке подобного стенда и используемой в нем модели поезда. Рассмотрены математические описания для модели поезда в виде материальной точки и дискретной многомассовой модели поезда. Разработанный стенд может быть использован при демонстрации работы систем автоведения, при проверке и исследованиях систем автоведения в стационарных условиях. Проверка работы системы автоведения в стационарных условиях с использованием данного стенда позволит оперативно оценивать эффективность управления поездом в режиме автоматизированного ведения поезда и расширить применение систем автоведения подвижного состава.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Жухин Никита Олегович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

APPLICATION OF THE TRAIN MODEL TO RESEARCH THE OPERATION OF THE AUTOMATIC TRAIN DRIVING SYSTEM

The use of automatic train driving systems increases the safety of train traffic, energy savings, and reduces the labor intensity of locomotive crews. One of the main Russian systems of automatic train driving is the unified system of automatic train driving (USAVP). In order to further improve this system and its tests in the automatic train driving mode outside the locomotive, a design of a stand for testing the USAVP system by mathematical modeling is proposed. The basis of this stand is a mathematical model of a train that interacts with a checked automatic train driving system. The control commands generated by this system are fed into a mathematical model that determines the parameters of the train movement. The model generates signals from current, voltage, pressure and speed sensors, which are fed back into the automatic train driving system. This approach allows you to simulate the movement of a train with selected parameters along a selected section of track in the automatic train driving mode. In the article, using the example of one of the existing modifications of the USAVP system, various approaches to the development of such a stand and the train model used in it are considered. Mathematical descriptions for a train model in the form of a material point and a discrete multi-mass train model are considered. This stand can be used to demonstrate the operation of such systems, during testing and research of automatic train driving systems in stationary conditions. Checking the operation of the automatic train driving system outside the locomotive using this stand will allow you to quickly assess the effectiveness of train control in the automatic train driving mode and expand the use of automatic train driving systems.

Текст научной работы на тему «ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ ПОЕЗДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОВЕДЕНИЯ»

9. Zaharchenko D.D., Rotanov N.A., Gorchakov E.V. Tjagovye jelektricheskie mashiny i transformatory [Traction electrical machines and transformers]. Moscow, Transport Publ., 1979, 303 p. (In Russian).

10. Acherkan N.S. Spravochnik mashinostroitelja: v 6 tomah [Handbook of the machine builder: In 6 volumes]. Moscow, Mashgiz Publ., 1956, vol. 2, 560 p. (In Russian).

11. Durandin M.G., Kuz'minyh I.A. Calculation of non-stationary thermal processes in the anchor insulation of traction electric motors. Transport Urala - Transport of the Urals, 2013, no. 1 (36), pp. 78-83 (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Дурандин Михаил Гелиевич

Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).

Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрическая тяга», УрГУПС.

Тел.: +7 (909) 023-38-90.

E-mail: mdurandin@e1.ru

Кузьминых Иван Александрович

Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).

Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.

Ведущий инженер, проектно-изыскательский институт «Транспромпроект», УрГУПС.

Тел.: +7 (922) 225-23-36.

E-mail: iakuzminyih@yandex.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Durandin Mikhail Gelievich

Ural State University of Railway Transport (USURT).

66, Kolmogorova st., Yekaterinburg, 620034, the Russian Federation.

Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Electric Traction», USURT.

Phone: +7 (909) 023-38-90.

E-mail: mdurandin@e1.ru

Kuzminykh Ivan Alexandrovich

Ural State University of Railway Transport (USURT).

66, Kolmogorova st., Yekaterinburg, 620034, the Russian Federation.

Leading engineer, design and survey institute «Transpromproekt», USURT.

Phone: +7 (922) 225-23-36.

E-mail: iakuzminyih@yandex.ru

BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Дурандин, М. Г. Снижение тепловых нагрузок якорных обмоток тяговых электродвигателей локомотивов / М. Г. Дурандин, И. А. Кузьминых. -Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2023. - № 1 (53). - С. 19 - 27.

Durandin M.G., Kuzminykh I.A. Reducing heat loads of anchor windings of traction electric motors of locomotives. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 1 (53), pp. 19-27 (In Russian).

УДК 621.331:621.311.004.18

Н. О. Жухин

Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)), г. Москва, Российская Федерация

ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ ПОЕЗДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОВЕДЕНИЯ

Аннотация. Применение систем автоведения подвижного состава повышает безопасность движения поездов, экономию энергоресурсов, снижает напряженность труда локомотивных бригад. Одной из основных отечественных систем автоведения поездов является унифицированная система автоматизированного ведения поезда (УСАВП). С целью дальнейшего совершенствования данной системы и ее испытаний в режиме автоведения вне подвижного состава предложена конструкция стенда для проверки системы УСАВП методом математического моделирования. Основой данного стенда является математическая модель поезда, взаимодействующая с проверяемой системой автоведения. Управляющие команды, сформированные системой автоведения, поступают в математическую модель, которая определяет параметры движения поезда. Модель формирует сигналы от датчиков тока, напряжения, давления и скорости, которые поступают обратно в систему автоведения. Такой подход позволяет моделировать движение поезда с выбранными параметрами по

выбранному участку пути в режиме автоматизированного ведения поезда. В статье на примере одной из существующих систем автоведения рассмотрены различные подходы к разработке подобного стенда и используемой в нем модели поезда. Рассмотрены математические описания для модели поезда в виде материальной точки и дискретной многомассовой модели поезда.

Разработанный стенд может быть использован при демонстрации работы систем автоведения, при проверке и исследованиях систем автоведения в стационарных условиях. Проверка работы системы автоведения в стационарных условиях с использованием данного стенда позволит оперативно оценивать эффективность управления поездом в режиме автоматизированного ведения поезда и расширить применение систем автоведения подвижного состава.

Ключевые слова: автоведение поезда, автоматизация подвижного состава, автоматическое управление, математическая модель поезда, система автоматизированного ведения поезда.

Nikita О. Zhukhin

Russian University of Transport (RUT (MIIT)), Moscow, the Russian Federation

APPLICATION OF THE TRAIN MODEL TO RESEARCH THE OPERATION OF THE AUTOMATIC TRAIN DRIVING SYSTEM

Abstract. The use ofautomatic train driving systems increases the safety of train traffic, energy savings, and reduces the labor intensity of locomotive crews. One of the main Russian systems of automatic train driving is the unified system of automatic train driving (USA VP). In order to further improve this system and its tests in the automatic train driving mode outside the locomotive, a design of a stand for testing the USA VP system by mathematical modeling is proposed. The basis of this stand is a mathematical model of a train that interacts with a checked automatic train driving system. The control commands generated by this system are fed into a mathematical model that determines the parameters of the train movement. The model generates signals from current, voltage, pressure and speed sensors, which are fed back into the automatic train driving system. This approach allows you to simulate the movement of a train with selectedparameters along a selected section of track in the automatic train driving mode. In the article, using the example of one of the existing modifications of the USAVP system, various approaches to the development of such a stand and the train model used in it are considered. Mathematical descriptions for a train model in the form ofa material point and a discrete multi-mass train model are considered.

This stand can be used to demonstrate the operation of such systems, during testing and research of automatic train driving systems in stationary conditions. Checking the operation of the automatic train driving system outside the locomotive using this stand will allow you to quickly assess the effectiveness of train control in the automatic train driving mode and expand the use of automatic train driving systems.

Keywords: automatic train driving, automation of rolling stock, automatic control, mathematical model of the train, automatic train driving system.

С середины XX в. в нашей стране и за рубежом предприняты значительные шаги по автоматизации тягового подвижного состава и различных его систем. Разработаны и применяются автоматические системы отдельных узлов подвижного состава, системы автоматического управления током и скоростью тяговых двигателей, автоматические системы безопасности, системы автоматизированного ведения поездов. Постоянно совершенствуются алгоритмы управления и элементная база данных систем. Особенно эффективно применение микропроцессорных систем управления, безопасности и автоведения поездов. Так, применение микропроцессорных систем автоведения позволяет снизить напряженность работы машиниста, повысить безопасность движения, пропускную и провозную способность железных дорог, экономию энергоресурсов [1].

В настоящее время значительная часть отечественного тягового подвижного состава оборудована унифицированной микропроцессорной системой автоведения поезда УСАВП. Данная система служит для автоматизированного ведения поезда под контролем машиниста и с минимальным его участием, а также для вывода машинисту информации о параметрах движения поезда. УСАВП в различных модификациях устанавливается с начала 2000 гг. на многие отечественные электровозы, электропоезда и тепловозы. Разработчиком данной системы является ООО «АВП Технология».

Система УСАВП может работать в двух основных режимах - «Советчик» и «Автоведение» [2]. В обоих режимах УСАВП выводит машинисту на дисплей визуальную

информацию о параметрах движения поезда, о работе системы автоведения и о рациональном режиме движения. Кроме визуальной информации УСАВП в необходимых случаях выводит звуковые объявления машинисту, а на электропоездах - и пассажирам. В режим «Советчик» система переходит автоматически после ее включения машинистом и ввода им в систему информации о поезде и маршруте следования. В этом режиме управление поездом осуществляет машинист, а УСАВП только осуществляет вывод визуальной и звуковой информации.

В режиме «Автоведение» УСАВП осуществляет автоматическое ведение поезда от одной остановки до другой с учетом расписания данного поезда, постоянных и временных ограничений скорости, сигналов светофоров, а также настроек режима «Автоведение», заданных машинистом. При этом система управляет поездом таким образом, чтобы обеспечить выполнение графика движения при минимальном расходе топлива либо электроэнергии [2, 3].

Переход в режим автоведения происходит только по команде машиниста. Перед этим машинист должен включить систему автоведения, ввести в нее необходимые данные и подготовить локомотив к началу движения. В режиме автоведения машинист может в любой момент взять управление поездом на себя. Так, при переключении рукоятки контроллера машиниста или крана машиниста УСАВП автоматически переходит в режим «Советчик». Переход системы из режима «Автоведение» в режим «Советчик» также происходит при сбое в работе системы, при торможении, не вызванном системой автоведения, при снятии напряжения в контактной сети и в ряде других случаев.

Наиболее часто система УСАВП используется в режиме «Советчик». Применение этой системы в режиме автоведения достаточно ограничено из-за нескольких факторов: недостаточной подготовки локомотивных бригад в области управления системой УСАВП и применения автоведения поезда; необходимости контролировать работу системы УСАВП в режиме автоведения; низким качеством технического обслуживания и ремонта систем автоведения в условиях депо; вероятностью возникновения ошибок системы в режиме автоведения, которые могут привести к нерациональному управлению поездом (повышенный расход топлива или электроэнергии), ухудшению обслуживания пассажиров (остановка пассажирского поезда за пределами пассажирской платформы), а в ряде случаев - к срабатыванию системы безопасности. Это говорит о необходимости совершенствования существующих и проектируемых модификаций данной системы автоведения, устранения ошибок, возникающих при работе системы УСАВП, повышения уровня подготовки локомотивных бригад и ремонтного персонала в области эксплуатации и обслуживания систем автоведения.

С целью демонстрации работы системы автоведения в учебном процессе, а также с целью изучения работы системы автоведения в стационарных условиях кафедрой «Электропоезда и локомотивы» Российского университета транспорта (РУТа (МИИТа)) предложена конструкция стенда, позволяющего демонстрировать и исследовать работу системы автоведения УСАВП, в том числе в режиме «Автоведение».

Как известно, для проверки работы системы автоведения УСАВП вне локомотива разработаны и эксплуатируются специальные стенды, например, стенд типа ЧС-100С [4]. Эти стенды позволяют проверить включение системы, ввод в нее данных о поезде и участке пути, переход системы в режим «Автоведение». Стенды позволяют также моделировать сигналы, поступающие в систему УСАВП от аппаратов и датчиков. В то же время данные стенды не позволяют полностью продемонстрировать и проверить работу системы УСАВП в режиме «Автоведение», что является актуальной задачей при подготовке специалистов, при проверке работы системы автоведения в стационарных условиях и при проведении научных исследований.

Для возможности полноценной демонстрации и проверки системы УСАВП в режиме «Автоведение» стенд, предложенный кафедрой «Электропоезда и локомотивы», должен быть

оборудован математической моделью поезда, связанной с физической системой автоведения УСАВП. В режиме «Автоведение» система УСАВП формирует управляющие команды (набор и сброс позиций контроллера машиниста, переход на выбег, применение ступени торможения и т. д.), которые поступают в математическую модель поезда (рисунок 1).

Управляющие команды

Система Математическая

автоведения модель поезда

Информация о параметрах движения и состоянии оборудования

Рисунок 1 - Взаимодействие модели поезда и системы автоведения

Получая эти команды, математическая модель поезда вычисляет силу тяги и скорость локомотива, токи его тяговых двигателей, давление сжатого воздуха в пневматических системах и т. д. На основе этих данных устройства вывода математической модели формируют электрические сигналы, аналогичные сигналам от аппаратов и датчиков реального локомотива (датчиков скорости, тока, напряжения, давления и т. д.). Данные сигналы, как и на реальном локомотиве, поступают обратно в систему автоведения, позволяя ей оценить параметры движения локомотива и в зависимости от них формировать управляющие команды. Математическую модель поезда целесообразно формировать в виде электронного блока, оснащенного программируемым микроконтроллером и взаимодейст-вующего с персональным компьютером.

В зависимости от поставленных задач и от особенностей конструкции конкретного подвижного состава возможны различные варианты реализации такого стенда. Рассмотрим один из этих вариантов применительно к системе автоведения УСАВПП-01, используемой в настоящее время на пассажирских электровозах серии ЧС7, которые являются одними из основных пассажирских электровозов постоянного тока в России. Аппаратная часть данной системы применительно к одной секции электровоза состоит из следующих основных элементов [2]: блока системного БС, блока коммутации и сопряжения КС, пульта управления ПУ, блока клавиатуры КВ, устройства включения системы УВС, блока гальванической развязки БГР, датчиков скорости и давления, электропневматических вентилей, клеммной рейки и соединительных кабелей. В случае, если электровоз не оборудован системой измерений и регистрации параметров движения и автоведения РПДА, в аппаратную часть системы УСАВП входят датчики тока и напряжения. Структурная схема системы автоведения УСАВПП-01 приведена на рисунке 2.

Как было показано выше, для изучения системы автоведения, взаимодействующей с моделью поезда, не требуется наличие различных датчиков и аппаратов, которыми управляет система автоведения на реальном электровозе. Поэтому необходимо лишь наличие управляющих блоков системы автоведения (блока системного БС, блока коммутации и сопряжения КС, пульта управления ПУ, блока клавиатуры КВ, устройства включения системы УВС) и соединительных кабелей. Для питания системы УСАВП необходим источник постоянного тока напряжением 50 В. Структурная схема данной модификации стенда с системой УСАВП и моделью поезда приведена на рисунке 3, а общий вид опытного образца стенда - на рисунке 4.

Рисунок 2 - Структурная схема системы автоведения УСАВПП-01 электровоза ЧС7

Рисунок 3 - Структурная схема предлагаемого стенда

Рисунок 4 - Общий вид опытного образца предлагаемого стенда

Рассмотрим функционирование данной модификации системы УСАВП и ее взаимодействие с моделью поезда на разработанном стенде (см. рисунок 3). Напряжение 50 В от источника питания через пульт управления ПУ поступает в блок коммутации и сопряжения КС, где используется для питания системы и формирования управляющих команд, передаваемых в электронную модель поезда ЭМП. Это напряжение поступает и в модель поезда, где используется для формирования сигналов о состоянии аппаратов управления электровозом, сигналов от датчиков давления, тока, напряжения и скорости. Эти дискретные, аналоговые и частотные сигналы, формируемые ЭМП, поступают в блок КС, а оттуда в цифровом виде по интерфейсу «токовая петля» передаются в блок системный БС.

Блок БС является основным блоком системы автоведения, он осуществляет вывод визуальной и звуковой информации о параметрах движения поезда и о работе системы. Для переключения режимов работы системы и ввода в нее исходных данных к блоку БС подключена клавиатура КВ. Информация о сигнале светофора перед поездом также формируется моделью поезда и по интерфейсу CAN в цифровом виде поступает непосредственно в блок БС.

В режиме автоведения блок БС на основании информации о расписании поезда, пути и профиле, а также на основании параметров движения поезда формирует управляющие команды. Эти команды в цифровом виде передаются в блок КС, который в зависимости от принятых команд подает напряжение 50 В на те или другие провода цепей управления. Для подключения блока КС к проводам управления служит релейный модуль - устройство включения системы УВС. Сформированные команды по проводам управления через УВС поступают в модель поезда, которая вычисляет параметры движения поезда и параметры работы оборудования локомотива. На основе полученных значений модель поезда формирует сигналы от аппаратов и датчиков, поступающие в блок КС.

Рассмотренный стенд позволяет полностью моделировать режим автоведения и имеет ряд преимуществ перед существующими аналогами: возможность демонстрации работы системы УСАВП как в режиме «Советчик», так и в режиме «Автоведение» при подготовке специалистов (в т. ч. локомотивных бригад), возможность оценки качества функционирования системы УСАВП в стационарных условиях после переустановки программного обеспечения, возможность проведения исследований работы системы УСАВП с целью дальнейшего совершенствования данной системы, применение физической системы автоведения и математической модели поезда. Так, при обновлении программного обеспечения системы УСАВП комплект блоков системы с обновленным программным обеспечением может быть подключен к стенду для проверки. После включения системы и ввода исходных данных система УСАВП переводится в режим автоведения и начинает управлять математической моделью поезда. На дисплей компьютера, связанного с моделью поезда, выводится информация о параметрах движения поезда (скорости, токе двигателей, расходе электроэнергии, отклонения от расписания, отклонения от точки прицельного торможения и т. д.), что позволяет оценить качество работы системы с обновленным программным обеспечением. Если качество управления в чем-либо не соответствует требуемому, такой подход позволяет оперативно скорректировать алгоритм управления и произвести повторную установку программного обеспечения.

Возможен вариант реализации стенда с системой автоведения и моделью поезда, требующий меньшего количества аппаратной составляющей системы автоведения, но аналогично позволяющий проверить работу УСАВП в режиме «Автоведение». В данном варианте из аппаратной части системы автоведения УСАВПП-01 электровоза ЧС7 требуются только блок системный БС и блок клавиатуры КВ, а также источник постоянного тока напряжением 24 В для блока БС. Модель поезда ЭМП, также выполненная в виде отдельного блока, осуществляет взаимодействие с блоком БС по цифровым интерфейсам. Таким образом, здесь модель поезда заменяет блоки КС, УВС. Управляющие команды и запросы системы о состоянии оборудования передаются по цифровому интерфейсу в модель поезда. На

основании принятых команд и запросов модель поезда аналогично осуществляет расчет параметров движения поезда. Из модели поезда в блок БС в цифровом виде поступают пакеты данных о выполнении принятых команд, состоянии оборудования и о параметрах движения моделируемого поезда. Структурная схема этой модификации стенда приведена на рисунке 5.

Визуальная и

звуковая информация

Визуальная и звуковая

Исходные к i ¡ к

данные, смена Управляющие

Блок режимов команды

работы Блок системный

клавиатуры КВ БС

Информация

Электронная модель поезда ЭМП

Персональный компьютер

о параметрах движения и состоянии оборудования

Источник питания

Рисунок 5 - Структурная схема предлагаемого стенда с упрощенной аппаратной составляющей системы

автоведения УСАВПП-01

Преимуществами такого варианта стенда для исследований системы автоведения является значительное упрощение аппаратной части как проверяемой системы автоведения, так и модели поезда. В то же время данный вариант стенда не позволяет проверить работу ряда блоков системы автоведения и оценить их влияние на качество управления.

Данный стенд был рассмотрен применительно к модификации системы УСАВП, разработанной для электровоза ЧС7, не оборудованного микропроцессорной системой управления и диагностики (МСУД). В то же время все современные электровозы оборудованы МСУД, которая обеспечивает управление тяговым оборудованием электровоза по командам машиниста либо системы автоведения. Поэтому на современных электровозах система УСАВП аппаратно представляет собой один или несколько блоков, интегрированных с МСУД и оборудованных программным обеспечением для автоведения. Вывод информации машинисту система УСАВП осуществляет через дисплей МСУД. Поэтому стенд для испытаний современных модификаций системы УСАВП целесообразно интегрировать со стендом для испытаний МСУД. Вместо блоков системы УСАВП рассмотренного выше стенда к стенду испытаний УСАВП и МСУД будут подключаться блоки МСУД. Задачами модели поезда также будут прием команд, поступающих от МСУД, проведение моделирования и вывод в МСУД информации о состоянии оборудования и о параметрах движения моделируемого поезда. Конкретные особенности стенда и в этом случае будут зависеть от особенностей данного подвижного состава и от особенностей сигналов, которые формирует и принимает МСУД.

Важнейшей составляющей такого стенда является модель поезда. Широкое развитие микропроцессорной техники позволяет аппаратно реализовать ее в виде электронного блока, основой которого является программируемый микроконтроллер, взаимодействующий с персональным компьютером. На основании входных сигналов - команд, сформированных системой автоведения, микроконтроллер по заданной программе формирует определенные выходные электрические сигналы, моделирующие сигналы от аппаратов и датчиков. Для формирования моделью поезда сигналов напряжением 50 В можно использовать транзисторы либо транзисторные оптопары, управляемые микроконтроллером. При подключении микроконтроллера к цепям 50 В необходимо применять гальваническую развязку. Наличие связи микроконтроллера с персональным компьютером позволит передавать параметры

модели поезда на компьютер, оперативно перезагружать программу модели поезда, изменять данные о поезде, пути и профиле. Математическое описание поезда в этом случае представляет собой специальную программу, загруженную в микроконтроллер. Данная программа должна описывать движение поезда под действием приложенных к нему сил, изменение силы тяги локомотива и тока тяговых двигателей в зависимости от скорости и позиции управления, изменение тормозной силы при торможении и другие особенности работы локомотива.

Существуют различные подходы к формированию математической модели поезда, определяемые задачами конкретного исследования. Так, при выполнении тяговых расчетов чаще всего используется модель, представляющая поезд в виде материальной точки, которая движется под действием сил тяги F , торможения В и сопротивления движению W [5]. Это движение можно описать уравнением движения поезда:

т— = F - W - В, (1)

бх

где т - масса поезда;

V - скорость движения.

Для тех случаев, когда требуется учитывать взаимодействие локомотивов и вагонов поезда между собой (например, оценить продольные силы, возникающие в поезде в режиме автоведения), используются другие модели поезда, в которых поезд рассматривается в виде длинной упругой нити или в виде цепочки тел, связанных друг с другом. Так, дискретная многомассовая модель, разработанная коллективом ученых Днепропетровского института инженеров транспорта (ДИИТа), представляет поезд как цепочку из п тел (локомотивов и вагонов), которые соединены друг с другом упруго-диссипативными межвагонными соединениями [6]. Уравнение движения здесь записывается отдельно для каждого локомотива (вагона) и имеет вид:

^+1 - Я. + Е —

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

V , X = 1 п; +! = 0;

т

Чг = V-1 - V, Х = 2 п;

= V1 = 4,

(2)

где vj - скорость Х-го экипажа;

- продольная сила в Х-м межвагонном соединении; Fj - равнодействующая сил, действующих на Х-й локомотив (вагон); тХ - масса Х-го локомотива (вагона); дХ - деформация Х-го межвагонного соединения; хХ - координата Х-го локомотива (вагона).

Уравнение движения каждого локомотива (вагона) в этом случае дополняется выражениями для расчета деформаций межвагонных соединений и продольных сил, возникающих в этих соединениях при деформации поглощающих аппаратов. Дискретная многомассовая модель поезда позволяет достаточно точно оценить динамические процессы,

№ 1(53 2023

происходящие в поезде, что является особенно актуальным для грузовых поездов, в которых могут возникать продольные силы значительной величины [7]. В зависимости от поставленной задачи в модели поезда могут использоваться математические описания механической части подвижного состава, тягового электропривода и т. д.

Необходимо отметить, что рассмотренные модели поезда (в виде материальной точки и дискретная многомассовая) используются и в программном обеспечении системы УСАВП с целью выбора энергетически рационального режима движения. В связи с меньшим спектром решаемых задач по сравнению с моделями поезда для рассмотренного стенда описание данных моделей несколько проще. Выбор конкретной модели и особенности ее описания зависят от типа подвижного состава, на котором установлена система УСАВП, а также от версии программного обеспечения системы. При выборе энергетически рационального режима движения модель поезда в системе УСАВП использует информацию о профиле пути, о тяговых, токовых и тормозных характеристиках локомотива. Проверка системы автоведения с помощью рассмотренного стенда позволит оценивать эффективность выбора энергооптимального режима и при необходимости доработать модель поезда и алгоритмы выбора такого режима, используемые в УСАВП.

Предложенные подходы к созданию стенда с моделью поезда для проверки систем автоведения могут быть применены и к модификациям системы УСАВП, разработанным для других пассажирских и грузовых локомотивов и для электропоездов. В каждом случае особенности конструкции стенда и модели поезда будут определяться поставленными задачами, особенностями конкретного подвижного состава и конкретной модификации УСАВП.

Таким образом, использование подобных стендов, оснащенных математической моделью поезда и аппаратной частью конкретной системы автоведения, позволит повысить качество подготовки специалистов по эксплуатации и обслуживанию данных систем; объективно оценивать качество работы существующих и разрабатываемых систем автоведения, а также систем автоведения с обновленным программным обеспечением; повышать качество управления систем автоведения. Все это позволит значительно расширить применение систем автоведения при управлении тяговым подвижным составом, что обеспечит повышение безопасности движения поездов, снижение напряженности труда локомотивных бригад, повышение экономии энергоресурсов и точности выполнения графика движения поездов.

Список литературы

1. Автоматизация электроподвижного состава : учебник / под ред. А. Н. Савоськина. -Москва : Транспорт, 1990. - 311 с. - Текст : непосредственный.

2. Универсальная система автоведения электровозов пассажирского движения УСАВПП: Руководство по эксплуатации КНГМ.466451.001 РЭ. - Москва : АВП «Технология», 2016. -127 с. - Текст : непосредственный.

3. Каштанов, А. Л. Оценка эффективности использования УСАВП в грузовом движении / А. Л. Каштанов, А. Н. Ларин, А. В. Пономарев. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2010. - № 4. - С. 49-54.

4. Стенд для проверки систем автоведения ЧС-100С: Руководство по эксплуатации СВТИ.468222.021 РЭ. - Москва : «АВП Технология», 2019. - 98 с. - Текст : непосредственный.

5. Розенфельд, В. Е. Теория электрической тяги : учебник / В. Е. Розенфельд, И. П. Исаев, Н. Н. Сидоров. - Москва : Транспорт, 1983. - 328 с. - Текст : непосредственный.

6. Блохин, Е. П. Динамика поезда (нестационарные продольные колебания) / Е. П. Блохин, Л. А. Манашкин. - Москва : Транспорт, 1982. - 222 с. - Текст : непосредственный.

7. Вершинский, С. В. Динамика вагона : учебник / С. В. Вершинский, В. Н. Данилов, И. И. Чесноков. - Москва : Транспорт, 1991. - 360 с. - Текст : непосредственный.

References

1. Savos'kin A.N., Baranov L.A., Plaks A.V., Feoktistov V.P. Avtomatizatsiya elektropodvizhnogo sostava [Automation of Electric Rolling Stock]. Moscow, Transport Publ., 1990, 311 p. (In Russian).

2. Universalnaya systema avtovedenia electrovozovpassajirskogo dvijenia USAVPP [Universal system of automatic driving of electric locomotives of passenger traffic UAPTDS]. User manual KNGM.466451.001 RE, Moscow, AVP «Technologia» Publ., 2016, 127 p. (In Russian).

3. Kashtanov A.L., Larin A.N., Ponomarev A.V. Evaluation of the effectiveness of USAVP use in freight traffic [Ochenka effectivnosti ispolzovania USAVP v gruzovom dvijenii]. Izvestiia Transsiba - Journal of Transsib Railway Studies, 2010, no. 4 (4), pp. 49-54 (In Russian).

4. Stend dilya proverki system avtovedenia CHS100S [Stand for checking the automatic train control systems CHS100S]. User manual SVTI.468222.021 RE, AVP «Technologia» Publ., 2019, 98 p. (In Russian).

5. Rosenfeld V.E., Isaev I.P., Sidorov N.N. Teoria electricheskoi tyagi: uchebnik [Theory of electric traction: textbook]. Moscow, Transport Publ., 1983, 328 p. (In Russian).

6. Blokhin E.P., Manashkin L.A. Dinamicapoezda (nestacionarnieprodolnie colebania) [Train dynamics (unsteady longitudinal oscillations)]. Moscow, Transport Publ., 1982, 222 p. (In Russian).

7. Vershinskii S.V., Danilov V.N., Husidov V.D. Dinamica vagona [The dynamics of the car]. Moscow, Transport Publ., 1991, 360 p. (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Жухин Никита Олегович

Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)).

Образцова ул., д. 9, стр. 9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.

Ассистент кафедры «Электропоезда и локомотивы», РУТ (МИИТ).

Тел.: +7 (916) 859-49-37.

E-mail: rzd1997@mail.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ

Жухин, Н. О. Применение модели поезда для исследования работы системы автоведения / Н. О. Жухин. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2023. - № 1 (53). - С. 27 - 36.

INFORMATION ABOUT THE AUTHOR

Zhukhin Nikita Olegovich

Russian University of Transport (RUT(MIIT)).

9, b. 9, Obraztsova st., Moscow, 127994, the Russian Federation.

Assistant of the department «Locomotives and multiple-unit trains», RUT (MIIT).

Phone: +7 (916) 859-49-37.

E-mail: rzd1997@mail.ru

BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Zhukhin N.O. Application of the train model to research the operation of the automatic train driving system. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 1 (53), pp. 27-36 (In Russian).

УДК 656.25

А. Р. Азизов, Э. К. Аметова

Ташкентский государственный транспортный университет (ТГТрУ), г. Ташкент, Республика Узбекистан

МЕТОД МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ БЛОКОВ НАБОРНОЙ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Аннотация. В статье приведены результаты теоретических исследований в организации построения системы диагностирования, микропроцессорных блоков наборной группы железнодорожной автоматики и телемеханики. Проведен анализ известных способов диагностирования технических устройств, таких как субъективные способы, которые основаны на определении состояния объекта человеком с использованием слуха, зрения, осязания и обоняния. Применение данного способа диагностирования в устройствах, содержащих

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.