База имитационных модолей СППР-УДП (стр. 2 из 3)

или

где t измеряется в [с], V – [км/ч].

Из вышеприведенных соотношений получаем систему уравнений вида:

При моделировании движения на участке учитывается длина поезда при переходе с одного уклона на другой. Если передняя часть поезда весом (P + Q₁) и длиной L₁ вступила на уклон i₂, а вторая его часть весом (Q – Q₁) находится еще на уклоне i₁, то удельное сопротивление движению поезда от уклона определяется из выражения

где Р – вес локомотива; Q – вес состава с грузом или с пассажирами.

Кроме этого, производится проверка состава на трогание с места по формулам, приведенным в [63]. Для расчета энергетически оптимальной траектории движения поездов, приведенного в подразд. 3.3, в модели производится расчет затрат электроэнергии с учетом рекуперации, который производится по формуле

A = A_д – A_рек,

где A_д – расход энергии на движение поезда, Вт

ч; A_рек – возврат энергии в контактную сеть на участках рекуперативного торможения;

,

где S (I_срD t) – ампер-минуты, соответственно, потребляемые из контактной сети или возвращаемые в нее; U – напряжение контактной сети.

Вопросы для самопроверки

1. Принципы построения модели по среднему времени хода.
2. Уравнение движения поезда.
3. определение затрат электроэнергии, затрачиваемой поездом.

Лекция 10. Разработка машинной имитационной
модели движения поездов

10.1. Укрупненный алгоритм продвижения поездов
на участке железной дороги

Модель, описывающая процесс движения по заданному участку, может быть представлена в виде алгоритма, который не накладывает ограничений на возможное число прерываний.

Каждый поезд, введенный в модель, описывается элементом данных со следующими параметрами:

N_j – номер j-го поезда;

X_j – координата j-го поезда в текущий момент;

V_j – скорость j-го поезда в текущий момент;

t_j – время входа j-го поезда на следующий дискрет-участок;

K_j – режим управления в данный момент, принимающий следующие значения: 0 – режим экстренного торможения; 1 – режим служебного торможения; 2 – режим выбега (движение по инерции); 3 – режим поддержания скорости; 4 – режим максимальной тяги.

К исходной информации для моделирования относятся следующие характеристики: протяженность участка; характеристики плана и профиля с привязкой к координате; величины и координаты постоянных и временных ограничений скоростей; способ организации движения поездов по участку; характеристики подвижного состава; тяговые характеристики локомотивов или электроподвижных составов; система интервального регулирования движения поездов.

При моделировании предполагается, что движение поезда должно удовлетворять следующим ограничениям: максимально допустимой скорости движения по магистрали (V_max), ограничениям на силу тяги, току двигателя, тормозной силе, ограничениям на допустимое ускорение поезда в соответствии с требованиями комфортности поездки пассажиров и безопасности перевозимых грузов. Алгоритм управления движением поезда обеспечивает выполнение условий безопасности движения, реализацию заложенного графика движения, минимизацию энергозатрат.

Для моделирования работы систем интервального регулирования движения поездов и соблюдения принципов безопасности движения в модели организуется массив безопасности таким образом, что каждому элементу массива соответствует участок пути максимальной длины, на котором может находиться не более одного поезда (аналог блок-участка).

Длина блок-участка определяется на основе тормозного расчета с учетом значности моделируемой системы интервального регулирования, технических возможностей контроля его занятости и параметров впереди идущего поезда. Перед моделированием выполняются расчеты для определения траекторий движения поездов с учетом вышеизложенных требований. Затем алгоритм моделирования обеспечивает реализацию этих траекторий для каждого поезда, с учетом отклонения от программных величин. Так как алгоритм обеспечивает движение поездов, близкое к рациональному, то и показатель качества с позиции выбранного критерия не будет значительно отличаться от программного.

С учетом сказанного, для реализации заранее составленного графика движения в модели организуется массив графика, каждый элемент которого соответствует графиковому времени выхода поезда с соответствующего дискрет-участка. Если массив графика предварительно не составлен, то по моделируемому участку пропускается один поезд, параметры движения которого записываются во внешний файл, и в процессе моделирования он рассматривается как "идеальный" график движения.

Для реализации параллельного продвижения по магистрали нескольких поездов в модели организуется очередь заявок – поездов, введенных в модель. Очередь организована таким образом, что первым элементом в ней является заявка с минимальным временем активации, то есть поезд, который раньше других вступил на следующий блок-участок. Блок-схема имитационной модели представлена на рис. 10.1.

Проверка условия окончания моделирования может учитывать определенный период моделирования, либо прохождение по модели заданного количества поездов. В блоке 2 в соответствии со способом организации движения определяется время отправления (ввода в модель) очередного поезда. Блоки 3 и 4 размещают поезд в очереди в порядке роста времени их активации (продвижения) и извлекают из очереди поезд, имеющий минимальное время активации. В блоке 5 реализуется алгоритм управления поездом.

На основании данных о характеристиках магистрали и подвижного состава производится анализ поездной обстановки и принимается решение о выборе режима ведения поезда. При этом осуществляется тяговый расчет с целью определения скорости, которую поезд будет иметь при выходе с текущего дискрет-участка, и времени, необходимого поезду для его прохождения. Номер поезда, значения его скорости, координаты, режим движения и время помещаются в очередь (блок 6) на основании нового времени активации.

Рис. 10.1. Блок-схема имитационной модели

По окончании моделирования (блок 7) осуществляется запись исполненных графиков движения поездов на диск и производится анализ результатов моделирования. В соответствии с поставленной задачей результаты моделирования обрабатываются ПВР.

10.2. Блок-схема алгоритма управления движением поездов
и его работа

Блок-схема алгоритма управления движением поездов представлена на рис. 10.2. В блоке 2 определяется максимально допустимая скорость, которую поезд может иметь на выходе из данного дискрет-участка (X_i).

Для этого сопоставляются соответствующие значения элементов массивов безопасности и ограничений и выбирается наименьшее из них. В блоке 3 производится тяговый расчет и определяется скорость, которую поезд может иметь на выходе с данного дискрет-участка. Для существующего подвижного состава при максимальной скорости движения менее 160 км/ч тяговые расчеты выполняются в соответствии с [63]. При моделировании движения поездов на высокоскоростной магистрали тяговые расчеты осуществляются по методике, изложенной в [64]. Если набираемая скорость меньше максимально допустимой (блок 4), то это означает, что не исчерпан резерв повышения тяги (блок 5) и не происходит опережение графика (блок 6).

Рис. 10.2. Блок-схема алгоритма управления движением поездов

В этом случае позиция управления двигателями может быть повышена (блок 7). В связи с этим производится перерасчет набираемой скорости.
В процессе набора скорости может случиться так, что максимально допустимая скорость будет превышена. Для предотвращения этой ситуации производится проверка (блок 8) и, если не исчерпан резерв по понижению позиции управления (блок 9), тяга понижается (блок 10), далее производится перерасчет набираемой скорости (блок 11). При превышении V_max в режиме экстренного торможения (блок 9) фиксируется факт аварийной ситуации.

Для поддержания движения по графику при его опережении (блок 12) производится переход с тяговых позиций управления на выбег (блок 14) и дополнительный перерасчет набранной скорости.

После окончательного определения режима управления и скорости поезд продвигается (блок 18), далее определяется время его хода по данному участку с вычисленной скоростью. Если скорость поезда равна нулю, то увеличения координаты не производится, а время движения увеличивается на определенный шаг времени стоянки. После продвижения поезда на очередной блок-участок изменяется взаимное положение поездов и возникает необходимость передачи информации о новом местоположении данного поезда на поезд, идущий следом. Для этого производится корректировка массива безопасности, выполняемая в блоке 19.