自動控制在地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)中的運(yùn)用思路闡述

劉風(fēng)雷

摘要：時代的進(jìn)步和發(fā)展使得地鐵自動駕駛控制受到了越來越多的關(guān)注，本文簡要闡述了自動控制的內(nèi)涵與應(yīng)用原理，并分別從車速自動駕駛控制、精準(zhǔn)停車控制以及自動駕駛控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)等方面，分析了自動控制在地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)中的運(yùn)用思路，以此來提高地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)的使用性能，推動自動駕駛技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：自動控制;地鐵自動駕駛;控制系統(tǒng)

一、地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)概述

自動控制指的是借助控制裝置讓被控制對象在無人參與的情況下按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)律變化或運(yùn)行的過程。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化控制在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，城市軌道交通行業(yè)也不例外。地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)可以擺脫人為控制，可以實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行，同時還可以實(shí)時掌握列車的多元化信息，為了確保自動駕駛的安全性與平穩(wěn)性，需要進(jìn)一步提高自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量水平。

可以將控制系統(tǒng)劃分成閉環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)幾大類，在這些控制系統(tǒng)當(dāng)中，開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，它的成本比較小，但是被控量的精度受被控對象參數(shù)與控制器參數(shù)的穩(wěn)定性影響較大，沒有辦法自行修正。閉環(huán)系統(tǒng)能夠自動將內(nèi)部特性參數(shù)的變化以及內(nèi)部干擾等進(jìn)行糾正，它的控制精度非常高，然而負(fù)反饋必須要有與之匹配的參數(shù)。

在地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)當(dāng)中，可以利用自動控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制功能，實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況，中央控制單元能夠自主辨別和分析監(jiān)控系統(tǒng)的測量參數(shù)，之后結(jié)合預(yù)先設(shè)定狀態(tài)判斷和調(diào)整控制器的參數(shù)或結(jié)構(gòu)，讓它更好地適應(yīng)環(huán)境變化，從始至終保持最佳的性能指標(biāo)。

二、自動控制在地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)中的運(yùn)用分析

（一）車速自動駕駛控制

在地鐵列車行駛環(huán)節(jié)中，根據(jù)地鐵列車的運(yùn)行速度、運(yùn)行計(jì)劃、運(yùn)行線路和運(yùn)行的目標(biāo)速度等信息，利用自動駕駛控制系統(tǒng)的車載設(shè)備分析列車要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)車速的制動力與牽引力的數(shù)值，按照地鐵列車的需求向列車的控制系統(tǒng)以及牽引系統(tǒng)發(fā)布相應(yīng)的指令，將指令傳達(dá)到執(zhí)行器中，實(shí)現(xiàn)列車的減速和加速。

在地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)當(dāng)中，車載ATO是非常關(guān)鍵的組成部分，它主要由硬件和軟件組成，車載ATO能夠接收ATP模塊中收集到的列車的運(yùn)行速度、線路限速、目標(biāo)速度和線路允許速度等一系列信息，自動化地計(jì)算地鐵實(shí)時所需的制動力與牽引力的大小，之后向地鐵列車的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)布控制指令，該原理的流程如下圖所示：

圖1：車載ATO的自動控制示意圖

通過使用地鐵自動駕駛控制系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地控制地鐵列車，保證地鐵列車的駕駛處在最好的運(yùn)行狀態(tài)下。地鐵列車運(yùn)行期間，自動駕駛控制系統(tǒng)可以合理控制運(yùn)行的速度，將大幅提高列車的運(yùn)行效率，不僅如此，還能夠減少能源方面的消耗。在地鐵列車的實(shí)際運(yùn)行期間，按照施加的牽引力和制動力的大小，把地鐵列車的運(yùn)行速度控制在適宜的范圍內(nèi)。通過對地鐵自動駕駛時的速度和距離曲線進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)。在地鐵列車自動駕駛控制中，行進(jìn)的速度會在非常小的區(qū)間內(nèi)來回變化，使用惰行狀態(tài)能夠提升地鐵列車的運(yùn)行效率，能源消耗比較少，同時還有助于提高乘客的舒適程度，合理選擇最優(yōu)的惰行點(diǎn)可以避免地鐵列車頻繁地切換制動狀態(tài)與牽引狀態(tài)。

（二）精準(zhǔn)停車控制

在地鐵自動駕駛環(huán)節(jié)中，精準(zhǔn)停車在很大程度上影響著列車的運(yùn)行安全與運(yùn)行效率。要想實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)停車控制的目標(biāo)，需要引入地鐵車載系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)以及制動系統(tǒng)，讓這些系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)與配合。列車的監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集列車的行駛的速度數(shù)據(jù)，與此同時，可以將收集到的數(shù)據(jù)傳遞至自動駕駛的車載模塊，車載模塊對地鐵列車的位置與車速情況作出分析，進(jìn)而達(dá)到精準(zhǔn)停車的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)列車的精準(zhǔn)停車，可以為地鐵站臺與安全門的設(shè)置提供便利，為乘客提供更加安全、便捷的乘車與候車環(huán)境。

（三）自動駕駛控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)

當(dāng)?shù)罔F自動駕駛控制系統(tǒng)遭到干擾之后，被控量容易形成信號波動，控制系統(tǒng)信號輸入與輸出可以體現(xiàn)出控制性能的好壞，我們在評價自動駕駛控制系統(tǒng)質(zhì)量時，通常從3個方面展開分析，具體包括系統(tǒng)的穩(wěn)定性、高效性和精準(zhǔn)性。

穩(wěn)定性可以確保自動駕駛控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，高效性指的是被控量對控制量反應(yīng)的快慢，準(zhǔn)確性體現(xiàn)著自動駕駛控制系統(tǒng)被控量能夠?qū)崿F(xiàn)的控制精度。這些質(zhì)量控制指標(biāo)可以通過合理選用系統(tǒng)元件、精心調(diào)整參數(shù)等而實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定性、高效性和精準(zhǔn)性這三個指標(biāo)是相互制約的，所以在控制系統(tǒng)當(dāng)中，尤其是穩(wěn)定性指標(biāo)，在地鐵自動駕駛控制期間，需要充分利用自動駕駛控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同的控制性能，在提高地鐵列車運(yùn)行效率的同時，提升地鐵運(yùn)行的安全性與舒適性。由此可見，自動控制系統(tǒng)的參數(shù)在地鐵自動駕駛系統(tǒng)的運(yùn)行中發(fā)揮著非常重要的價值。

結(jié)束語：

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，地鐵自動駕駛技術(shù)將越來越成熟，在這個過程中，自動控制發(fā)揮著非常重要的作用。為了提高地鐵自動駕駛系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和精準(zhǔn)性，應(yīng)當(dāng)科學(xué)地選擇控制系統(tǒng)元件，合理設(shè)置各種參數(shù)，為乘客提供更為舒適的地鐵乘車環(huán)境，滿足乘客的乘車需求，持續(xù)優(yōu)化地鐵自動駕駛系統(tǒng)的性能，從而為地鐵的安全運(yùn)營提供堅(jiān)實(shí)的保障。

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