北交列控实验一报告

班级：自动化120姓名：学号：指导教师：袁磊《列车运行控制技术》习题一——绘制列车限制速度曲线2020年5月30日一．实验目标：习题A（简化版）：绘制列车限制速度曲线已知：列车在一段长1500米的试验线上运行。列车全长55米，最大牵引加速度为1.7m/s/s，最大制动减速度为1.5m/s/s，牵引切断延时6秒。列车运行起点在60米处，运行方向沿着里程增加的方向运行。安全要求如下：全线要求限速100公里每小时；试验时为保证安全，要求列车运行时不得超过1366米处。问题：请编程计算列车在线路上各点的安全运行速度（每隔一厘米计算一个速度点）。安全运行速度是指：为保证行车安全，当列车速度超过此速度值后，必须采取制动措施。习题B（加强版）：在习题A的基础上增加一个临时限速列车在一段长1500米的试验线上运行。列车全长55米，最大牵引加速度为1.7m/s/s，最大制动减速度为1.5m/s/s，牵引切断延时6秒。列车运行起点在60米处，运行方向沿着里程增加的方向运行。安全要求如下：全线要求限速100公里每小时；在480米到960米之间，要求限速60公里每小时；（新增的条件）试验时为保证安全，要求列车运行时不得超过1366米处。问题：请编程计算列车在线路上各点的安全运行速度（每隔一厘米计算一个速度点）。安全运行速度是指：为保证行车安全，当列车速度超过此速度值后，必须采取制动措施。习题C（终极版）：在习题A的基础上增加两个临时限速已知：列车在一段长1500米的试验线上运行。列车全长55米，最大牵引加速度为1.7m/s/s，最大制动减速度为1.5m/s/s，牵引切断延时6秒。列车运行起点在60米处，运行方向沿着里程增加的方向运行。安全要求如下：全线要求限速100公里每小时；在183米到480米之间，要求限速80公里每小时；（新增的条件）在480米到960米之间，要求限速40公里每小时；（新增的条件）试验时为保证安全，要求列车运行时不得超过1366米处。问题：请编程计算列车在线路上各点的安全运行速度（每隔一厘米计算一个速度点）。安全运行速度是指：为保证行车安全，当列车速度超过此速度值后，必须采取制动措施。预期结果：1.列车运行至任意一点S处，速度保持在限速曲线之下时为安全并满足限速条件。2.列车运行至任意一点S处，达到所求绘制曲线的速度后马上采取制动措施，能够保证行车安全。3.列车在进行制动后仍能满足题目中临时限速条件。4.列车在1366m处速度必为零。二．实验过程首先，习题B、C都是在S的基础上加限速构成的，问题的要求都是计算列车在线路上各点的安全运行速度，设这个速度为V，列车在该点的里程为S，那么题目要求就变成了，在每一个S处，计算相应的V，即我们最后需要得到的是一个V和S的关系式，即V=f(S)或f(S)=S。具体分析过程：1.先看习题A，题目中只有一个全程限速，以及最后停止位置不得超过1366处，考虑在某速度下采取制动，此时牵引加速度为最大1.7m/s/s(设为a1)，牵引切断延迟6s，令该速度为V，牵引延迟6S后的速度为V1，最大制动减速度为1.5m/s/s(设为a2），可列得以下公式：212122111221221SSSaVSaVVStaVV其中2221/5.1/7.1~0smasma，又SvfS)(，所以最终可得到V和S的关系式，由此关系式可画得制动曲线。若考虑制动时最不利状态，即此时21/7.1sma，初始V=100km/h，可得mSmSmSsmV7.678,3.4812,4.1971,/381m3.6877.6781366所以该题的曲线应满足如下关系式：S=0~687.3m：V=100km/h(27.8m/s)S=687.3m~1366m：7.13008.123113662VVSS若考虑制动时的牵引加速度已为0，初始V=100km/h，（根据以上不利状态下分析得到的制动前达到的距离，通过简单计算可得到，列车在运行至之前位置已经可以达到限速100km/h以及任何更低的速度，即在需制动的位置，完全可以把a1=0带入计算），此时各关系式变为：2121211122SSSaVStVSVVmSmSmVtSsmVV4.424,6.2572,8.1661,/8.271m6.9414.4241366所以制动曲线应满足如下关系式：S=0~941.6m：V=100km/h(27.8m/s)S=941.6m~1366m:136663113662VVSS该曲线总体在前一曲线之上，列车运行效率更高。习题B中，较习题A相比增加了一个480米到960米之间的临时限速，由习题A的分析可以得到，若列车在某位置开始制动达到480m时降到该限制速度，以列车最大牵引加速度加速到全程限速100km/h计，列车在该位置的牵引加速度可以为零，所以S在0~480m阶段关系式变为：212212111222SSSaVVStVSVVV1=27.8m/s(100km/h)，V2=16.7m/s(60km/h)mSSSmSmS4.33121,6.1642,8.1661m6.1484.331480可得在148.6m处列车即满足100km/h，又满足牵引加速度为零是不能实现的。故此处按牵引加速度a1=1.7m/s计算。S在0~480m阶段关系式为：21221221112221221SSSaVVSaVVStaVV2221/5.1,/7.1,/7.162smasmasmV故S=0~480m阶段满足：5078.12312VVS得)507(341645.12.19SV再计算S480m区域：若从临时限速截止位置960m处实施制动，此时可记牵引加速度为零，则480S=960m时，V=16.7m/s(60km/h).960S=1366m时，满足：13666312VVS得)1366(34365.19SV综上，限速曲线关系式为：)1366960________()1366(34365.19)960480______(____________________7.16)4800_____()507(341645.12.19SSVSVSSV限速曲线绘制程序：s=0:0.01:1500v=(-19.2+1.5.*sqrt(164-(4/3).*(s-507))).*(s=0&s=480)+16.7*(s480&s=960)+(-9+1.5.*sqrt(36-(4/3).*(s-1366))).*(s960&s=1366)plot(s,v);在0~480阶段虽符合安全，但不高效，故该阶段仍用a1=0计算。关系式为：)1366960________()1366(34365.19)960480______(____________________7.16)480315_____()186(34365.19)3150______(____________________8.27SSVSVSSVSV习题C中较习题A增加了两个临时限速，每个临时限速的思考方法同以上习题B的思路，此处仅以习题B为例绘制限速曲线。三．实验结果分析习题B为例：限速曲线关系式为：)1366960________()1366(34365.19)960480______(____________________7.16)4800_____()507(341645.12.19SSVSVSSV限速曲线绘制程序：s=0:0.01:1500v=(-19.2+1.5.*sqrt(164-(4/3).*(s-507))).*(s=0&s=480)+16.7*(s480&s=960)+(-9+1.5.*sqrt(36-(4/3).*(s-1366))).*(s960&s=1366)plot(s,v);若按此关系式绘得图形为：050010001500051015202530按照目标里的预期结果，图像比较直挂，基本满足预期，列车能够安全运行，但是不够高效。四．实验总结此次题目共给了两周时间，但是我还是感觉时间不足，一是此次题目不能成立小组，自己思考时会产生特别难走出误区，与同学讨论时又会很容易走向一个结论，且不一定正确，也会造成“雷同”。前期我的误区主要是关注于列车实际运行曲线和限速之间的关系了，但是应该注意到的是，限速曲线只是保证安全的速度位置曲线，而不是列车实际运行情况。这一点在做题的第二周的课上幸而老师花了一节课让同学们一起思考讨论这道题，才让我真正走出了者第一个误区。第二个误区是，列车考试制动时，牵引延迟6s，最大牵引力是1.7m/s，而若将1.7m/s作为制动时的加速度，则所得曲线的效率将会大大降低，此时又应该考虑a是0~1.7之间的。后续一星期我一直在各种计算中度过，经常把自己的计算结果又推翻，这看似简单明了的一道题，实际上真正考虑到众多因素，却是很复杂的。最后以上是我的实验结果，我认为这个结果仍然不尽人意，但是这的确是我两个星期来的成果。这段过程我也切实认识到了安全运行速度的真正含义，对这门课也有了更深的兴趣。我下个学好这门课，至于我可以轻松应付此类题目，以及更复杂的系统。