高速鐵路列車控制系統(tǒng)可靠性關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、列車控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程中的時(shí)間、天氣、環(huán)境、線路、信號(hào)指示等狀況和其他條件完成對(duì)機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督、啟停進(jìn)行控制、速度進(jìn)行調(diào)整等操作，用以提高鐵路運(yùn)輸效率、保證機(jī)車運(yùn)行安全，是鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中保證列車安全可靠運(yùn)營(yíng)的重要技術(shù)裝備?？煽啃允橇熊嚳刂葡到y(tǒng)的主要指標(biāo)。隨著計(jì)算機(jī)、通信以及控制技術(shù)不斷發(fā)展以及在列車控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，列車控制系統(tǒng)的可用性、安全性、可靠性有極大提高。相對(duì)于普速鐵路而言，首先高速鐵路在運(yùn)行速度上有了極大的提

2、高，列車在高速運(yùn)行過(guò)程中環(huán)境、信號(hào)等方面的變化和處理更加復(fù)雜，響應(yīng)速度不斷提高，對(duì)高速列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)督、速度控制、運(yùn)行的安全性和可靠性等方面對(duì)列車控制系統(tǒng)提出了更高的要求；其次高速鐵路相對(duì)于普速鐵路來(lái)說(shuō)，列車控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)集成度更高、軟件復(fù)雜度更高、軟硬件耦合性更強(qiáng)，在描述和驗(yàn)證列車控制系統(tǒng)可靠性方面出現(xiàn)新的問(wèn)題和困難；因此需要對(duì)高速鐵路列車控制系統(tǒng)可靠性問(wèn)題進(jìn)行深入研究。
　　本文在綜述了高速鐵路列車控制系統(tǒng)可靠性體系的基礎(chǔ)上

3、，圍繞高速鐵路列車控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究。針對(duì)車站分散式連鎖系統(tǒng)的可靠性建模與驗(yàn)證、多傳感器數(shù)據(jù)融合的測(cè)速定位系統(tǒng)的可調(diào)度性、安全計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷等可靠性關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究與分析，所取得的主要研究成果為：
　　1、針對(duì)分散式連鎖系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種基于系統(tǒng)建模與模型檢驗(yàn)的可靠性驗(yàn)證方法與基本流程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析檢測(cè)表明了所提出的方法的有效性；
　　分散式聯(lián)鎖系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自主決策、本地自律、協(xié)同工作的

4、運(yùn)行機(jī)制，能有效克服集中控制的缺陷，成為聯(lián)鎖系統(tǒng)的重要研究方向和高速鐵路列車控制系統(tǒng)的重要應(yīng)用方向?，F(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖設(shè)備具有獨(dú)立的邏輯判斷、執(zhí)行規(guī)則和嚴(yán)格時(shí)序同步性等可靠性要求。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖設(shè)備邏輯判斷和執(zhí)行規(guī)則的協(xié)同性、一致性、時(shí)序性、無(wú)死鎖等可靠性屬性難以判定的問(wèn)題。
　　采用UML狀態(tài)圖對(duì)聯(lián)鎖設(shè)備的判斷邏輯和執(zhí)行規(guī)則建模；針對(duì)UML狀態(tài)圖無(wú)法描述時(shí)間屬性，對(duì)UML狀態(tài)圖進(jìn)行擴(kuò)展，增加描述時(shí)間屬性；通過(guò)設(shè)備運(yùn)行的事態(tài)區(qū)間圖分析了他們的

5、時(shí)序同步性；設(shè)計(jì)了將UML狀態(tài)圖轉(zhuǎn)化為時(shí)間Petri網(wǎng)的轉(zhuǎn)換規(guī)則并開(kāi)發(fā)了自動(dòng)轉(zhuǎn)化工具；通過(guò)對(duì)時(shí)間Petri網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)的活性、有界性、可逆性等屬性的驗(yàn)證，分析了分散式連鎖系統(tǒng)具有無(wú)死鎖等可靠屬性。研究表明所提出的方法對(duì)分散式聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性屬性能進(jìn)行準(zhǔn)確描述和有效驗(yàn)證。
　　2、針對(duì)時(shí)間觸發(fā)的多任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了建模，證明了針對(duì)實(shí)時(shí)周期任務(wù)、軟實(shí)時(shí)周期任務(wù)、任務(wù)超期檢測(cè)等是可調(diào)度的；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證了采用時(shí)間觸發(fā)的多數(shù)據(jù)融合列車

6、測(cè)速定位系統(tǒng)是可調(diào)度的；
　　列車測(cè)速定位系統(tǒng)使用多種測(cè)速定位設(shè)備，具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用環(huán)境。多測(cè)速定位設(shè)備數(shù)據(jù)融合可以降低測(cè)速定位誤差，有助于實(shí)現(xiàn)列車精確控制，能有效提高列車運(yùn)行安全性和可靠性。多傳感器數(shù)據(jù)融合測(cè)速定位系統(tǒng)的調(diào)度屬于多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的調(diào)度問(wèn)題。對(duì)時(shí)間觸發(fā)的多傳感器數(shù)據(jù)融合測(cè)速定位系統(tǒng)的調(diào)度進(jìn)行建模和論證，得出了對(duì)實(shí)時(shí)周期任務(wù)、軟實(shí)時(shí)非周期任務(wù)、任務(wù)超期檢測(cè)任務(wù)等系統(tǒng)都是可調(diào)度的；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證采用時(shí)間觸發(fā)的多傳感

7、器數(shù)據(jù)融合的列車測(cè)速定位系統(tǒng)是可調(diào)度的。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)表明采用多數(shù)據(jù)融合列車測(cè)速定位系統(tǒng)是可調(diào)度的，并滿足列車控制系統(tǒng)的可靠性要求。
　　3、基于HMM建立車載安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的依據(jù)系統(tǒng)特征推理、系統(tǒng)狀態(tài)變化的故障監(jiān)測(cè)方法，給出了狀態(tài)轉(zhuǎn)化模式和故障轉(zhuǎn)化模式，并經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)驗(yàn)證了方法的有效性。
　　HMM可以有效的描述電子系統(tǒng)狀態(tài)變化和故障發(fā)生情況，設(shè)計(jì)了車載安全計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)，根據(jù)車載安全計(jì)算機(jī)工作機(jī)制