應(yīng)答器系統(tǒng)的建模、仿真及其應(yīng)用研究.pdf

1、應(yīng)答器系統(tǒng)作為實現(xiàn)地-車間點式信息傳輸過程的重要設(shè)備，為鐵路行車控制及調(diào)度指揮提供及時和必要的信息，其工作狀況的正常與否直接關(guān)系到列車運行安全。隨著列車運行速度的不斷提高，對應(yīng)答器系統(tǒng)安全性和可靠性的要求也越來越高。然而，目前國內(nèi)外鮮有關(guān)于應(yīng)答器系統(tǒng)電磁特性和工作機理等基礎(chǔ)理論層面的研究成果，這對處于快速發(fā)展的中國鐵路而言是個隱患。為此，本文從理論層面對包含下行激勵和上行鏈路兩個傳輸過程的應(yīng)答器系統(tǒng)進行統(tǒng)一建模、仿真，以及相應(yīng)的應(yīng)用研究

2、，具有十分重要的理論價值和現(xiàn)實意義，論文主要研究工作如下:
　　(1)針對當前應(yīng)答器系統(tǒng)在電路原理和電磁特性等研究方面存在的不足，利用有限元方法對地-車間點式信息傳輸過程進行靜態(tài)物理建模和仿真。采用電路分析方法將應(yīng)答器系統(tǒng)的有限元模型分為耦合線圈、激勵電路和接收電路三個組成部分，將列車過點應(yīng)答器的完整過程劃分為休眠區(qū)、啟動區(qū)和峰值區(qū)三類區(qū)域，利用靜態(tài)電磁仿真得到了各類區(qū)域內(nèi)地面感應(yīng)電壓的建立過程和系統(tǒng)空間的磁場分布。利用上行鏈路信

3、號傳輸過程對有限元仿真的合理性和正確性進行了驗證。
　　(2)針對上述有限元分析法的局限性及應(yīng)答器系統(tǒng)在工作機理等理論研究方面的不足，運用電磁場理論對列車過點應(yīng)答器這一運動過程下的應(yīng)答器系統(tǒng)進行動態(tài)理論建模和仿真。利用相關(guān)電磁定律推導(dǎo)出應(yīng)答器接收天線感應(yīng)電壓及其幅值包絡(luò)的數(shù)學表達式。通過理論仿真分析了列車過點應(yīng)答器時應(yīng)答器天線平面的磁感應(yīng)強度分布和應(yīng)答器感應(yīng)電壓幅值包絡(luò)的變化規(guī)律，揭示了下行激勵和上行鏈路傳輸過程之間的關(guān)系，提出了

4、有效作用范圍的概念。利用參考環(huán)磁通量的測量結(jié)果、理論結(jié)果和仿真結(jié)果對所建理論模型進行了驗證。
　　(3)基于應(yīng)答器系統(tǒng)兩個傳輸過程之間的關(guān)系，對其進行了相應(yīng)的性能優(yōu)化研究。分析了列車速度對應(yīng)答器感應(yīng)電壓幅值包絡(luò)的影響，提出性能優(yōu)化的目標和評價標準。從地面應(yīng)答器安裝方式和車載天線安裝高度兩個方面分別進行優(yōu)化研究，利用黃金分割法快速尋優(yōu)，得到了系統(tǒng)的最優(yōu)性能方案。實驗數(shù)據(jù)表明，本優(yōu)化方案確能滿足系統(tǒng)對更高速度的適用需求。還從車載天線的