01. Обеспечение инвариантности к возмущающим воздействиям в рельсовых линиях / Е. М. Тарасов

Печать

УДК 656.259.12

DOI: 10.15507/2658-4123.029.201902.152-168

Обеспечение инвариантности к возмущающим воздействиям в рельсовых линиях

Тарасов Евгений Михайлович
профессор, кафедра автоматики, телемеханики и связи, ФГБОУ ВО «Самарский государственный университет путей сообщения» (443066, Россия, г. Самара, ул. Свободы, д. 2В), доктор технических наук, ResearcherID: C-2505-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2717-7343, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Железнов Дмитрий Валерианович
профессор, кафедра управления эксплуатационной работой, ФГБОУ ВО «Самарский государственный университет путей сообщения» (443066, Россия, г. Самара, ул. Свободы, д. 2В), доктор технических наук, ResearcherID: G-7908-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6886-0785, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Васин Николай Николаевич
заведующий, кафедра систем связи, ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (443010, Россия, г. Самара, ул. Льва Толстого, д. 23), доктор технических наук, профессор, ResearcherID: H-5999-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9749-4884, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Тарасова Анна Евгеньевна
специалист, отдел организации целевого обучения, ФГБОУ ВО «Самарский государственный университет путей сообщения» (443066, Россия, г. Самара, ул. Свободы, д. 2В), ResearcherID: C-2497-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6907-6036, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Системы интервального регулирования движения поездов эксплуатируются в условиях воздействия значительных индустриальных помех, помех от электротока тягового подвижного состава и изменений климатических условий в широких пределах, приводящих к колебаниям параметров элементов схем, что становится причиной появления внутренних возмущений. Колебания в широком диапазоне проводимости изоляции рельсовых линий относятся к основным внешним возмущениям, приводящим к изменению в большом диапазоне информативного параметра – напряжения на выходе рельсовых линий. В настоящее время известно множество способов и методов подавления возмущений, позволяющих, не ухудшая качество классификации, корректировать колебания информативного сигнала. В статье решается задача обеспечения нечувствительности выходного информативного сигнала к воздействию возмущения принципами координатной компенсации с корректирующим звеном.
Материалы и методы. Для решения поставленной задачи в статье рассмотрены различные методологии компенсации возмущений; в качестве основного принят метод координатной компенсации возмущений на входе четырехполюсника рельсовых линий. Для этого определено уравнение передаточной функции корректирующего звена, предполагающее косвенное измерение входного сопротивления рельсовых линий, являющегося функцией проводимости изоляции.
Результаты исследования. В статье приведены результаты исследования инвариантных возможностей, которыми обладает предложенный принцип компенсации возмущений. Показано, что при компенсации возмущений корректирующим звеном, включенным на входе четырехполюсника рельсовых линий, возможно существенное уменьшение диапазона изменения выходного информативного сигнала в каждом из классов, т. е. классы становятся более компактными, а качество классификации оказывается в 5 раз выше, чем при отсутствии компенсации возмущений.
Обсуждение и заключение. Результаты, полученные в ходе исследования, подтверждают эффективность предложенного способа координатной компенсации возмущений в рельсовых линиях с разомкнутой схемой замещения в условиях отсутствия возможности организации обратной связи, переменной схемы замещения в каждом из классов состояний и невозможности создания дополнительного физического канала передачи возмущения. Использование предложенного метода при построении современных классификаторов позволит существенно повысить устойчивость функционирования систем управления движением поездов, а также исключить ошибки первого рода, приводящие к непроизводительным простоям поездом, и ошибки второго рода, приводящие к авариям и крушениям.

Ключевые слова: инвариантность, рельсовая линия, корректирующее звено, моделирование, обратная связь, компенсация возмущений

Для цитирования: Обеспечение инвариантности к возмущающим воздействиям в рельсовых линиях / Е. М. Тарасов [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2019. Т. 29, № 2. С. 152–168. DOI: https://doi.org/10.15507/2658-4123.029.201902.152-168

Заявленный вклад соавторов: Г. Е. М. Тарасов – постановка задачи, разработка принципа обеспечения инвариантности, разработка теоретической части, работа с литературой; Д. В. Железнов – разработка алгоритма компенсации возмущений, анализ предметной части, разработка функциональных схем, анализ литературных источников; Н. Н. Васин – разработка структурной схемы, анализ полученных данных, консультирование по вопросам моделирования; А. Е. Тарасова – реализация алгоритма, проведение исследований с использованием математического пакета Mathcad, оформление статьи.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 25.07.2018; принята к публикации 02.10.2018;
опубликована онлайн 29.03.2019

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Кравцов Ю. A., Антонов A. A., Бакин M. E. Методика проверки помехоустойчивости приемников тональных рельсовых цепей // Мир транспорта. 2015. Т. 13, № 6 (61). С. 102–109.

2. Ахмадуллин Ф. Р., Леушин В. Б., Юсупов Р. Р. Об одном методе определения области номинальной работы рельсовых цепей // Вестник транспорта Поволжья. 2017. № 3 (63). С. 64–68.

3. Tarasov E. M., Isaicheva A. G. Technique of measurement of ultralow resistance of current conductive junction of rail lines as the problem of states object identification // Proceedings of Proceedings of International Conference Information Technology and Nanotechnology (ITNT-2015) / Еds. N. L. Kazansky [et al.]. CEUR Workshop Proceedings. 2015. Vol. 1490. P. 397–401.

4. Кнеллер В. Ю., Фаянс А. М. Методы обеспечения инвариантности процесов преобразования: выявление и систематизация // Датчики и системы. 2015. № 4 (191). С. 55–67.

5. Щипанов Г. В. Теория и методы проектирования автоматических регуляторов // Автоматика и телемеханика. 1939. № 1. С. 49–66.

6. Лузин Н. Н., Кузнецов П. И. К абсолютной инвариантности и инвариантности до ε в теории дифференциальных уравнений : ч. 1 // Доклады Академии наук СССР. 1946. Т. 51, № 4. С. 247–249.

7. Лузин Н. Н., Кузнецов П. И. К абсолютной инвариантности и инвариантности до ε в теории дифференциальных уравнений : ч. 2 // Доклады Академии наук СССР. 1946. Т. 51, № 5. С. 331–333.

8. Кулаков Г. Т., Кухоренко А. Н., Голинко И. М. Инвариантная система автоматического регулирования с использованием промежуточного сигнала теплоэнергетического параметра // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. № 1. С. 62–72.

9. Compensation of polyharmonic disturbance of state and output of a linear plant with delay in the control channel / A. A. Pyrkin [et al.] // Automation and Remote Control. 2015. Vol. 76, issue 12. P. 2124–2142.

10. Francis B. A., Wonham W. M. The internal model principle for linear multivariable regulators // Applied Mathematics and Optimization. 1975. Vol. 2, issue 2. P. 170–194.

11. Marino R., Tomei P. Adaptive regulator for uncertain linear minimum phase systems with unknown undermodeled exosystems // IFAC Proceedings Volumes. 2008. Vol. 41, issue 2. P. 11293–11298.

12. Marino R., Tomei P. Adaptive regulation of uncertain linear minimum phase systems with unknown exosystems // Proceedings of the 45^th IEEE Conference on Decision and Control. IEEE, 2006. P. 1099–1104.

13. Bodson M., Douglas S. C. Adaptive algorithms for the rejection of sinusoidal disturbances with unknown frequency // Automatica. 1997. Vol. 33, issue 12. P. 2213–2221.

14. Bobtsov A., Pyrkin A. A new approach to MRAC problem with disturbance rejection // IFAC Proceedings Volumes. 2007. Vol. 40, issue 13. P. 92–97.

15. Pyrkin A. A., Bobtsov A. A., Kolyubin S. A. Output controller for nonlinear and MIMO systems with delay // 21^st Mediterranean Conference on Control and Automation. IEEE, 2013. P. 1063–1068.

16. Гайдук А. Р. Синтез селективно инвариантных систем управления // Вестник ИГЭУ. 2017. № 1. С. 46–54.

17. Output adaptive controller for a class of MIMO systems with input delay and multisinusoidal disturbance / J. Wang [et al.] // IFAC-PapersOnLine. 2015. Vol. 48, issue 11. P. 892–899.

18. Ефанов Д. В. Некоторые аспекты развития систем функционального контроля устройств железнодорожной автоматики и телемеханики // Транспорт Урала. 2015. № 1 (44). С. 35–40.

19. Tarasov E. M., Zheleznov D. V. Development of an intelligent system of determinating the coordinates and the speed of the train // Transport and Telecommunication. 2016. Vol. 17, no. 2. P. 138–143.

20. Тарасов Е. М., Герус В. Л., Тарасова А. Е. Исследование информативности признаков при распознавании состояний рельсовых линий / Вестник Мордовского университета. 2018. Т. 28, № 2. С. 191–206.

21. Леушин В. Б., Черезов Г. А., Ахмадуллин Ф. Р. Метод исследования параметров помех в рельсовой и индуктивно-рельсовой линиях // Вестник транспорта Поволжья. 2016. № 6 (60). С. 62–65.

22. Рустамов Г. А. Построение следящих инвариантных систем на основе эквивалентного робастного управления // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2015. Т. 1, № 2 (73). С. 50–55.

23. Рельсовая цепь : а. с. № 1111919 CCCР : B 61 L 23/16 / Пиманов Е. П., Тарасов Е. М., Стратилатов В. В ; заявл. 24.08.1983 ; опубл. 07.09.1984, Бюл. № 33.

24. On ensuring invariance in problems of control of rail-line conduction / E. M. Tarasov [et al.] // Russian Electrical Engineering. 2017. Vol. 88, issue 3. P. 105–108.

25. Kaufman H., Bar-Kana I., Sobel K. Direct adaptive control algorithms: theory and applications. New-York : Springer‒Verlag, 1994. 424 p.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.