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中速磁悬浮车载运行控制系统形式化建模与验证分析
| 论文题名： | 中速磁悬浮车载运行控制系统形式化建模与验证分析 |
| 关键词： | 磁悬浮列车;定位系统;车载通信网络;车地无线通信;有色Petri网;形式化建模 |
| 摘要： | 随着长沙磁浮快线和北京“S1线”的相继开通运营，国内掀起了磁悬浮建设和研究的热潮。长沙磁浮快线和北京“S1线”均采用设置在车上的短定子直线异步电机驱动，最高运行速度一般不超过120km/h。为了提高中低速磁浮列车的运行速度，十三五科技重大专项提出了长定子同步牵引的中速磁悬浮方案，针对这一新方案，包括运行控制系统在内的磁悬浮的各子系统需要重新统筹设计，而车载运行控制系统作为运行控制系统的一部分也需要进行相应的变更。同时需要指出的是，在国产化的过程中，是沿袭国外的技术路线还是结合最新的技术发展趋势、采用新的架构和协议存在许多争议，本文旨在用形式化分析的方法，从理论上进行研究，为新一代中速磁悬浮车载运行控制系统的设计做一些探讨。 本论文提出了中速磁悬浮车载定位系统、车载通信网络和通信系统的新方案以满足国产化的需求，并利用Petri网对改进方案进行建模分析，从理论上验证了新方案的可行性，具体内容如下: (1)设计了基于多传感器信息融合的磁悬浮车载定位系统方案。使用交叉感应环线技术实现绝对定位，使用卡尔曼滤波对全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)的信息进行状态估计得出相对定位;使用Matlab对方案中磁浮通信系统进行仿真实验，证明定位精确度满足要求，并且使用Petri网对定位系统整体建模，证明方案中定位系统故障率符合标准。 (2)设计了基于CANOpen总线技术和工业以太网Ethernet Powerlink技术的磁浮车载通信网络，发现原有车载通信网络方案的不足之处并提出改进方案，同时通过磁浮车载信号设计了相应的磁浮车载网络通信帧格式，最后通过仿真对原有车载网络系统和改进车载网络系统分别建模模拟，对比验证了改进方案的系统无故障率要明显优于原有方案。 (3)研究了磁悬浮通信系统原理，将原有车地无线通信系统由38G毫米波技术更改为长期演进技术(LTE)，并根据有色Petri网原理分别对原有通信系统和改进后的通信系统建模，通过对两者模型进行对比实验分析得出结论:改进后的通信系统通信时延以及信息发送的故障率可以达到标准。 |
| 作者： | 焦怡博 |
| 专业： | 信号与信息处理 |
| 导师： | 刘湘黔 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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