Введение к работе
Актуальность исследования.
На современном этапе развития систем интервального регулирования движения поездов широкое распространение получили тональные рельсовые цепи (ТРЦ). Использование сигнального тока с несущей частотой в тональном диапазоне позволяет повысить защищенность от воздействия помех тягового тока, практически, на порядок снизить потребляемую мощность в сравнении с числовыми кодовыми рельсовыми цепями (РЦ), применить современную элементную базу, осуществить централизованное размещение аппаратуры.
Исследование ТРЦ с учетом реальных условий эксплуатации (изменение параметров рельсовых линий (РЛ), отказы элементов, режимы настройки аппаратуры, следование импульсов несущей частоты со скважностью не равной двум) является сложной научно-технической задачей, предполагающей применение специальных математических методов и моделей. В связи с этим разработка программных средств, направленных на создание адекватной модели, позволяющей проводить анализ отказов, обеспечивать возможность получения формы и уровня сигнала в различных точках ТРЦ, создавать условия для проведения анализа предотказных состояний, является актуальной задачей. С этой целью в диссертационной работе предлагается использовать метод имитационного моделирования (ИМ). А поскольку процесс обработки сигнала в РЦ является непрерывным, то для его анализа предложено применить одну из разновидностей ИМ - процессное моделирование.
В общем виде процессная модель представляет собой композицию математического описания процесса обработки сигнала в функциональных блоках (ФБ) устройств и элементов ТРЦ, связанных между собой в соответствии с функциональной схемой ТРЦ (см. рис. 1).
В области исследования РЦ известны работы многих авторов: Бры- леева А.М., Котляренко Н.Ф., Пенкина Н.Ф., Шишлякова А.В., Белякова И.В., Аркатова В.С., Воронина В.А., Власенко С.В, Дмитриева В.С., Елки- на Б.Н., Кравцова Ю.А., Минина В.А., Полевого Ю.И., Щербины Е.Г., Рас- тегаева С.Н. и ряда других ученых. Однако в этих работах описаны методы расчета, не рассматривающие непрерывный сигнал во временной зависимости.
Целью работы является создание имитационной модели - инструмента изучения непрерывных процессов обработки сигналов в ТРЦ в различных режимах, включая отказы элементов.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
1. разработаны требования к методу моделирования ТРЦ;
-
определены принципы процессного моделирования и математические модели функциональных блоков, обеспечивающие функциональную полноту описания ТРЦ и адекватность отображения процессов;
-
разработано универсальное средство моделирования и алгоритмы синтеза моделей для анализа функционирования ТРЦ;
-
выполнена оценка адекватности процессной модели методом сравнения результатов с натурными измерениями и результатами расчёта другими методами;
Методы исследования. В работе использованы положения теорий математического анализа, функций комплексных переменных, алгоритмического описания процессов. В качестве основы построения модели ТРЦ используется одно из направлений имитационного моделирования - процессное, основанное на декомпозиции математического описания процесса обработки сигнала по моделям ФБ.
Научная новизна. В диссертационной работе решен комплекс вопросов синтеза процессной имитационной модели ТРЦ (ПМТРЦ), позволяющий проводить анализ работоспособности ТРЦ: разработаны принципы процессного моделирования ТРЦ; на основе предложенной концепции разработан набор моделей ФБ, обеспечивающих функциональную полноту и адекватность описания процессов, реализуемых в ТРЦ; предложена формализованная схема отказов ФБ; доказана необходимость представления ТРЦ в ПМТРЦ в виде совокупности моделей данной ТРЦ со смежными и соседними ТРЦ.
Достоверность научных положений обоснована выполненными теоретическими исследованиями с использованием методов математического моделирования и подтверждена экспериментально путем измерения параметров ТРЦ на Октябрьской железной дороге.
Практическая ценность работы состоит в разработке процессной модели ТРЦ, позволяющей без использования дорогостоящих и сложных физических моделей и натурных измерений производить изучение физических процессов в РЦ, которая может быть использована в качестве инструмента прогнозирования отказов эксплуатируемых и индикатора «слабых» мест разрабатываемых РЦ.
Реализация работы. Полученные в диссертационной работе результаты процессного моделирования в виде ПМТРЦ внедрены на Октябрьской железной дороге при расчете ТРЦ на станциях Славянка и Сортировочная.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных межвузовских конференциях «Шаг в будущее. Неделя науки» в 2004, 2005, 2006, 2007 годах. По результатам выступлений изданы статьи в сборниках материалов конференций.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 статей 1 патент на полезную модель. В изданиях ВАК РФ опубликовано 2 статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка и приложений, содержит 185 страниц основного текста, 57 рисунков, 6 приложений. Библиография включает 80 наименований.
