Математическое моделирование управления движения поезда
28 Содержание Введение 1. Требования к системе управления движением 2. Постановка задачи 3. Первый этап моделирования. Формирование математической модели 4. Второй этап моделирования. Реализация машинной модели 4.1 Блок схема.Основная схема 4.2 Листинг программы 5. Модель движения поезда рассмотренная в MatLab Заключение Введение Американский математик Н. Винер, основатель науки кибернетики, отмечал, что XVIII столетие - это век часов, XIX столетие - это век паровых машин, настоящее время есть век связи и управления. «Техника нашего времени характеризуется использованием сложных комплексных систем, в которых переплетаются многочисленные и разнообразные материальные, энергетические и информационные потоки, требующие координации, управления и регулирования с быстротой и точностью, не достижимыми для внимания и памяти человека» [1]. Реализация таких задач управления возможна только с использованием технических средств автоматизации на базе вычислительной техники. Микропроцессоры стали входить в состав отдельных средств автоматики и контроля. Цифровая передача данных между отдельными устройствами сделала вычислительную сеть основой построения систем управления. В настоящее время автоматизация большинства технологических процессов осуществляется на базе универсальных микропроцессорных контроллерных средств, которые в России получили название программно-технические комплексы (ПТК).[2] ПТК представляют собой совокупность микропроцессорных средств автоматизации (микропроцессорных контроллеров, устройств связи с объектом), дисплейных пультов оператора. ПТК предназначены, в первую очередь, для создания распределенных систем управления технологическими процессами различной информационной мощности (от десятков входных/выходных сигналов до сотни тысяч) в самых разных отраслях промышленности. Все универсальные микропроцессорные ПТК подразделяются на классы [2,3], каждый из которых рассчитан на определенный набор выполняемых функций и соответствующий объем получаемой и обрабатываемой информации об объектах управления. 1. контроллер на базе персонального компьютера; 2. локальный программируемый контроллер; 3. сетевой комплекс контроллеров; 4. распределенные мало масштабные системы управления; 5. полно масштабные распределенные системы управления. В архитектуре автоматизированных систем управления технических программ контроллеры занимают место между уровнем датчиков и исполнительных механизмов и системами верхнего уровня управления процессом. Основная функция контроллеров в системе - сбор, обработка и передача на верхний уровень первичной информации, а также выработка управляющих воздействий на исполнительные механизмы. Большинство современных контроллеров изготавливается по секционно-блочному принципу. Каждый логический модуль представляет собой отдельный блок. Что при необходимости позволяет заменять лишь отдельные модули без изменения архитектуры всей системы. Основными функциональными элементами контроллеров являются: · корпус; · источник питания; · процессорный модуль; · модули ввода-вывода; · модули связи и интерфейсов; · специализированные модули. Все современные программируемые логические контроллеры (ПЛК) обладают развитыми программными средствами. Несмотря на существования международного стандарта на языки программирования программируемых логических контроллеров многие производители снабжают свои контроллеры технологическими языками собственного производства. Технологические языки программирования позволяют проводить опрос входов и инициализацию выходов, обрабатывать арифметические и логические инструкции, управлять таймерами-счетчиками, осуществлять связь с другими программируемыми логическими контроллерами и компьютером. Ввод программы в память контроллера осуществляется с помощью специальных программаторов или через интерфейс компьютера. Почти каждый производитель вместе с контроллерами поставляет пакет программ для создания и отладки контроллерного ПО на компьютере. После отладки программ контроллеры могут сохранять их в энергонезависимых ПЗУ, из которых программа перегружается в ОЗУ после включения питания или инициализации контроллера. Целью данного курсового проекта является рассмотрение задачи управления модели железной дороги. Определение границ проблемной области решения об управлении движением поездов необходимо принимать автоматически, и производить контроль за всеми элементами железной дороги с помощью компьютера. Такие автоматические и полуавтоматические системы сегодня существуют в Швеции, Великобритании, Германии, Франции и Японии. Эффект от каждой из этих систем был и экономический, и социальный; результатом их внедрения стало снижение эксплуатационных затрат, повышение эффективности использования ресурсов, безопасность. Система управления движением выполняет две главные функции: выбор маршрутов железнодорожных перевозок и контроль систем, обеспечивающих перевозки. Эти функции включают: планирование перевозок, контроль местонахождения поездов, контроль за перевозками, предотвращение конфликтов, регистрацию всех операций. На эксплуатационном уровне система управления движением может содержать сотни компьютеров: по одному на каждый поезд, по одному на каждый блок интерфейса путевых устройств и по два на каждый диспетчерский центр. Система управления движением должна взаимодействовать с разнообразными датчиками и исполнительными механизмами. Из краткого проблемного анализа четырех главных подзадач мы видим, что существуют три высокоуровневые ключевые абстракции: · маршрут · длина маршрута · время прохождения маршрута · предотвращения столкновений · регистрацию всех операций Каждый поезд характеризуется текущим положением на путях и может иметь только один активный план движения. Аналогично, в каждой точке пути может быть самое большое один поезд. Каждый план относится только к одному поезду, но ко многим точкам пути. Данную задачу рассмотрения модели железных дорого можно осуществить с помощью представления ее указателями. Эта задача относится к классу задач представления графа. Для разработки данного курсового проекта необходимо ЗНАТЬ: - основные положения теории вероятностей, законы распределения и числовые характеристики случайных величин, законы распределения случайных событий на железнодорожном транспорте; - основы математической статистики и математической обработки результатов наблюдений, методы определения параметров эмпирических формул, основы теории информации; - содержание линейного и динамического программирования транспортных процессов; - теорию сетевого планирования и управления; - основные положения теории массового обслуживания и ее применения при решении задач, возникающих в процессе функционирования железнодорожных транспортных систем; - процедуру математического моделирования транспортных процессов. УМЕТЬ: - обрабатывать статистические данные, проверять гипотезы о законах распределения случайных величин по критериям согласия, проводить корреляционный анализ; - решать задачи оптимизации транспортных процессов с использованием линейного и динамического программирования; - применять теорию вероятностей и теорию массового обслуживания при решении транспортных локальных задач; - строить сетевые графики и линейные диаграммы транспортных процессов, рассчитывать их основные параметры; - разрабатывать элементарные математические модели описывающие отдельные подсистемы транспортного комплекса. БЫТЬ ОЗНАКОМЛЕН: - с основами теории исследования операций при анализе функционирования и оптимизации процессов, происходящих на транспорте; - с основами теории надежности транспортных систем; - с возможностями использования ПЭВМ при решении оптимизационных транспортных задач, включая моделирование транспортных процессов; - с процедурой разработки программного обеспечения при решении транспортных задач. В настоящее время имеется большое количество прикладных программ, позволяющих использовать их для автоматизированного проектирования систем. Одной из таких программ является прикладная программа MatLab+Simulink. Прикладная программа Simulink и её подпрограмма Control System Toolbox - инструментарий систем управления - предназначенный для моделирования, анализа и проектирования непрерывных автоматических систем. Пакет реализует методы исследования динамических систем, в основу которых положены функции и графические модели. 1. Требования к системе управления движением Система управления движением выполняет две главные функции: выбор маршрутов железнодорожных перевозок и контроль систем, обеспечивающих перевозки. Эти функции включают: планирование перевозок, контроль местонахождения поездов, контроль за перевозками, предотвращение конфликтов, прогнозирование нарушении, регистрацию всех операций. Рис.1. Система управления движением Система анализа и отображения информации на локомотиве состоит из множества дискретных и аналоговых датчиков для контроля за такими параметрами, как температура, давление масла, количество топлива, напряжение и сила тока на генераторе, число оборотов вала двигателя в минуту, температура воды, тяговая мощность. Значения параметров с датчиков поступают к машинисту через дисплейную систему, а к диспетчеру и обслуживающему персоналу вне поезда - через сеть. Предупреждение или сигнал тревоги выдается и регистрируется всякий раз, когда показания датчика выходят за пределы нормального режима. Журнал показаний датчиков используется при проведении эксплуатационных работ и для управления расходом топлива. Система управления энергией в режиме реального времени подсказывает инженеру поезда, как наиболее эффективно использовать установку. Входными данными для этой системы являются: профиль и качество пути, ограничения по скорости, расписание, загрузка поезда, максимальная развиваемая мощность. Исходя из этих данных, система может определить оптимальный по расходу топлива режим работы двигательных установок, согласующийся с заданным расписанием и требованиями безопасности. Рекомендации системы, профиль и качество пути, местоположение и скорость поезда могут отображаться с помощью бортовой системы индикации. Бортовая система индикации обеспечивает человеко-машинный интерфейс для машиниста. На нее может выводиться информация из системы анализа и отображения информации на локомотиве, системы управления энергией и блока управления данными. Специальные клавиши позволяют машинисту просматривать различные данные. Блок управления данными представляет собой шлюз между всеми бортовыми системами поезда и глобальной сетью передачи данных, к которой подключены все поезда, диспетчеры и прочие пользователи. Отслеживание маршрутов движения поездов осуществляется с помощью подключенных к сети передачи данных ответчиков местоположения и глобальной спутниковой системы указания местоположения. Система анализа и отображения информации на локомотиве может вычислять пройденный путь с помощью счетчика, подсчитывающего число оборотов колеса. Эта информация дополняется данными ответчиков местоположения, которые размещены через каждый километр пути или чаще (на важнейших развилках). Ответчики передают информацию о себе на проходящие поезда (используя блок управления данными), что позволяет более точно определить местоположение. Блок интерфейса путевых устройств размещается там, где есть какое-либо управляемое устройство (например, стрелка), или датчик (например, инфракрасный датчик для обнаружения перегрева подвесок колес). Каждый блок интерфейса получает команды (например, команды на включение и выключение сигнала) от локального наземного контроллера. Устройства могут быть переведены в ручной режим управления. Кроме того, каждое устройство может сообщать свои установочные параметры. Наземный контроллер транслирует информацию на блоки интерфейса путевых устройств и обратно, а также на проходящие мимо поезда и обратно. Контроллеры расположены вдоль железнодорожного пути через такие расстояния, чтобы любой поезд всегда находился в зоне действия хотя бы одного из них. Каждый наземный контроллер передает свою информацию на объединенную систему управления сетью. Связь между системой управления сетью и наземным контроллером может осуществляться по радио в микроволновом диапазоне, по наземным линиям или по оптоволокну в зависимости от удаленности данного контроллера. Система управления сетью обеспечивает функционирование всей сети. Она может автоматически направлять информацию по другому маршруту в сети, если на одном из путей произойдет отказ оборудования. Система управления сетью, в свою очередь, подсоединяется к одному или нескольким диспетчерским центрам, которые объединены в систему управления операциями. Система управления сетью соединена и с другими пользователями. В системе управления операциями диспетчеры могут задавать маршруты поездов и отслеживать их передвижение. Для управления различными участками выделяются отдельные диспетчеры; каждая диспетчерская управляющая консоль отвечает за одну или несколько территорий. Маршрутизация поездов подразумевает выдачу инструкций для автоматического перевода поезда с пути на путь, установку ограничения скорости, управление пропуском автомобилей на переездах, разрешение и запрещение движения поезда в зависимости от занятости определенных участков пути. Диспетчеры могут наблюдать за состоянием путей впереди по маршруту поезда и передавать эту информацию машинисту. Поезда могут быть остановлены системой управления операциями, когда обнаруживается опасность (выход поезда из графика, повреждение пути, возможность столкновения). Диспетчеры могут также вызвать на экран любую информацию, доступную машинистам отдельных поездов, разослать распоряжения по движению, установить параметры путевых устройств и пересмотреть план движения.
Страницы: 1, 2
| 
