應答器系統(tǒng)的建模、仿真及其應用研究.pdf

1、應答器系統(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系到列車運行安全。隨著列車運行速度的不斷提高，對應答器系統(tǒng)安全性和可靠性的要求也越來越高。然而，目前國內(nèi)外鮮有關于應答器系統(tǒng)電磁特性和工作機理等基礎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答器系統(tǒng)進行統(tǒng)一建模、仿真，以及相應的應用研究

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答器這一運動過程下的應答器系統(tǒng)進行動態(tài)理論建模和仿真。利用相關電磁定律推導出應答器接收天線感應電壓及其幅值包絡的數(shù)學表達式。通過理論仿真分析了列車過點應答器時應答器天線平面的磁感應強度分布和應答器感應電壓幅值包絡的變化規(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)磁通量的測量結果、理論結果和仿真結果對所建理論模型進行了驗證。
　　(3)基于應答器系統(tǒng)兩個傳輸過程之間的關系，對其進行了相應的性能優(yōu)化研究。分析了列車速度對應答器感應電壓幅值包絡的影響，提出性能優(yōu)化的目標和評價標準。從地面應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