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轨道交通冗余ATO的算法研究与实现
| 论文题名： | 轨道交通冗余ATO的算法研究与实现 |
| 关键词： | 城市轨道交通;全自动无人驾驶系统;广义预测控制算法;行车安全 |
| 摘要： | 随着我国经济社会的快速发展，城市轨道交通作为城市交通运输系统的重要支撑，其发展速度不断加快。作为城市轨道交通的核心——信号系统，其自动化程度和可靠性的需要也不断提升。全自动无人驾驶列车运行控制系统(FullyAutomatic Operation，FAO)作为世界各国信号公司研制的信号系统的最新发展方向，具有极高的自动化程度和高可靠性，其中的重要组成部分ATO(Automatic TrainOperation)子系统的可靠性也需要不断提高。 目前，CBTC系统的车载ATO子系统采用的是单机主控的设计，但是由于FAO系统对可靠性提出了更高的要求，有必要对ATO系统重新设计，来提高其可靠性。针对这一问题，可以从两方面入手解决，一方面是提高单机的可靠性，可以在硬件上采用高可靠性元器件，在软件上提高控制算法的鲁棒性等方法;另一方面使其在单机发生故障的时候，能够有效地用正常的备机加以替换。因此，双机热备的冗余ATO设计方案就成为解决这一问题的有效方法。 本文以FAO系统中冗余ATO子系统为研究对象，进行了以下研究工作:(1)介绍了本文的研究背景和意义，在此基础上总结了轨道交通ATO设备的研发历程，指出研究冗余ATO的必要性。 (2)设计了冗余ATO系统架构，并从硬件层面上对冗余ATO架构中的各块板卡进行了可靠性验证。采用了工业上普遍使用的DFMEA分析方法，分析验证了所设计的冗余ATO在硬件层面上更加可靠，通过比较的方式表明其主机可靠性和系统可靠性均较旧架构（单机ATO系统）有明显提高。 (3)详细说明了冗余ATO软硬件算法的研究和实现方法。作为本文的核心内容，此部分自下而上，分为三个层面加以介绍。一是驱动程序算法研究，介绍了冗余ATO采用的TI安全微控制器RM48L952的驱动开发方法以及具体的开发内容;二是应用程序算法研究，设计了冗余ATO系统各块板卡之间的数据通信机制，设计了冗余ATO主机故障监测和板卡切换的机制，介绍了各块板卡应用程序移植的重点和开发的内容;三是控制器算法研究，引入了鲁棒性强且易于工程实现的广义预测控制算法，加以改进以适应ATO控制的需要，并给出三种工程实现方案。 (4)在完成了冗余ATO的算法研究与程序开发后，对冗余ATO的各个板卡进行最终的焊接、组装和软硬件调试。在实验室仿真平台上测试和验证了本文冗余ATO的各项功能，表明了本文所设计的冗余ATO能够正常控制列车运行，并实现故障监测和主备机切换。综上，本文完成了对冗余ATO软硬件算法的研究和实现，给出了可用的设计方案和设计成果，验证了所设计方案的有效性，具有一定的工程参考意义。 |
| 作者： | 赵文天 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 郜春海 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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