自动控制在轨道交通自动驾驶控制系统中的运用

龚丕哲

（西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710600）

0 引言

当前城市人口数量逐年增长，给交通系统带来了巨大压力，交通拥堵已经成为现代化城市发展中面临的主要问题。这不仅会导致城市运转效率低下，而且难以满足人们的个性化需求，不利于城市经济的快速增长。为此，发展轨道交通，加强对轨道交通的全面优化，在保障轨道交通安全性和稳定性的基础上，促进运输效率的提升，改善人们的出行体验。自动驾驶控制系统能够实现司机驾驶过程的全面模拟，有利于改善行车及乘坐舒适度，资源利用率得到明显提升。自动控制系统是自动驾驶控制系统的关键组成部分，是实现自动化操作及处理的核心，应该不断改进自动控制的模式，为行车调度和运行监督等提供可靠的信息。明确自动驾驶控制系统的运行特点，实现自动控制功能的不断强化。

1 轨道交通自动驾驶控制系统中自动控制的原理

在列车的运行和停靠过程中，可以通过自动控制系统实现全程自动化控制，实时化获取列车的运行参数并达到实时监控的目的。当运行过程中出现参数异常时，自动控制系统也可以采取紧急措施进行处理，通过自动校准的方式使各项参数恢复到正常水平，防止出现严重的安全事故。被控制对象及控制器是自动控制系统的关键内容，为了确保复杂情况下系统的运行通畅性，需要对测量元件和执行部件等进行合理设计，增强对列车的控制效果。闭环控制系统和开环控制系统是当前控制系统的两种基本类型[1]。在对轨道交通进行控制时，系统输入是影响控制效果的关键，运用开环控制系统降低了系统的抗干扰性能，无法满足精确化控制的要求。闭环控制系统可以针对反馈信息进行评估，从而调整列车的各项运行参数，了解其基本运行状况，达到精准化控制的目的。

2 自动控制系统的闭塞制式特点

2.1 固定闭塞式

无绝缘轨道线路是轨道交通系统的重要组成部分，在固定闭塞式模式下，能够通过分析固定速度、线路情况等对闭塞区的长度加以确定，从而得到最小行车间距，采用阶梯式的控制方式增强系统的整体控制灵活度。在处理轨道信息的过程中主要采用了模拟信号，因此使得系统的抗干扰能力受到影响，无法承载大量的信息，连续控制效果较差，需要通过保护区段的设置来保障设备的安全性[2]。此外，固定闭塞式也使得设备的运行能耗增大，但是工程造价相对较低，在实践中也得到逐步应用。

2.2 准移动闭塞式

数字式无绝缘轨道电路列车控制系统是准移动闭塞式的核心，数字信号的应用可以有效解决固定闭塞式中的信号干扰问题，能够促进信息传输量的提升，为连续控制打下了基础。列车和地面轨道电路的运行更加可靠，在控制目标距离、车速和电路标号中发挥着关键作用。相对于固定闭塞式而言，准移动闭塞式的系统安装难度较大，因此提高了后期维护和管理的成本。工作人员需要掌握相关领域的专业知识和技能，确保系统中各类设备的良好运行状况，包括计算机专业技能和通信工程领域专业知识等，消除系统运行中的隐患问题，防止对行车安全造成威胁[3]。

3 轨道交通自动驾驶控制系统中自动控制的运用措施

3.1 自动控制系统质量指标

被控量会由于外界干扰的存在而发生信号波动，通过比较系统输入信号和输出信号，能够对控制系统的性能情况进行评估，包括了系统运行的快速性、稳定性和准确性等等。为了确保系统能够正常运行，各项功能得到有效实现，应该对稳定性指标进行针对性控制；被控量的反应速度体现在系统运行快速性指标当中；被控量的控制精度则体现在准确性上[4]。为了实现不同性能指标之间的有效配合及高效协同，需要对系统运行参数进行优化，选择性能可靠的元件。在轨道交通的自动驾驶当中，需要明确各个系统的功能特点并进行控制性能的优化，在保障安全性和舒适性的前提下提高运行效率。

3.2 车速自动驾驶控制

列车在运行过程中需要采集和分析多种信息，包括运行目标速度、运行计划、运行线路和实时运行速度等等，根据列车的目标车速来确定制动力和牵引力等参数，此过程对于自动驾驶系统车载设备的依赖程度较高。以列车的运行需求为依据，利用总控制单元对控制系统和牵引系统进行控制，按照相关指令减速或者加速，这是车速自动驾驶控制的基本原理。在自动驾驶中应该明确ATO模块的核心作用，增强与ATP系统的密切衔接，实现多种信息地获取，包括列车允许运行速度、实际运行速度和目标速度、限速、列车位置等等。通过数据信息的整合与分析，在制动力和牵引力计算中更加精确，通过请求指令的发出来实施控制[5]。车速自动驾驶控制功能的实现，能够确保列车始终处于最佳运行状态，资源能源利用率更高，满足不同列车的速度需求。列车运行速度受到制动力和牵引力的影响，通过绘制速度和距离运行曲线，能够将其控制在合理范围之内，利用惰性状态来解决运行中的高能耗问题。传统运行模式下，牵引状态和制动状态切换过于频繁，不仅导致能耗增大，还影响了乘车舒适性，车速自动驾驶控制的实现则解决了上述问题。

3.3 车站精准停车控制

为了促进列车运营效率的提升，还应该重视车站精准停车控制功能的优化，同时可以保障自动驾驶的安全性。增强各个子系统之间的协同配合，包括牵引系统、车载系统和制动系统等等，能够达到精准停车的目的。列车的运行速度可以通过监控系统获取，向自动驾驶车载模块传输速度信号并且明确列车的实际位置信息，通过控制指令来达到精准停车的目的[6]。防护装置在列车运行和人员安全防护中发挥了关键作用，通过精准停车能够确保安全门等设备的功能得到体现，提高轨道交通的服务质量。

3.4 列车自动监控

车站ATS系统、车载ATS系统和监控中心ATS系统，是列车自动监控系统的基本组成。利用网络实现车站和监控中心的密切衔接，从而为数据信息的快速传递及共享提供保障。车—地模式的构建，可以为车站和列车的信息交换奠定基础，使自动监控系统的功能更加完善。运用该系统，不仅能够有针对性地调整列车时刻表，准确控制列车运行图，还可以在自动折返控制和运行等级控制、运行目的控制中发挥关键作用，确保车载设备的良好运行状态，创造安全的运行环境。列车运行中依托监控中心和自动保护系统，能够满足遥控控制的需求，给乘客带来更加舒适的乘坐体验，消除其中的安全隐患。

3.5 列车自动保护

列车自动保护功能也是轨道交通自动驾驶控制系统的主要功能，通过目标速度的设定，实现对列车运行速度的控制，防止速度过快引发的事故问题，因此列车自动保护系统也可以称作列车超速防护系统。系统设置和轨道旁的ATP地面设备信息，可以通过自动保护系统获取相关信息，对列车运行的间距进行合理控制，防止造成严重的碰撞事故。借助交叉感应线环和轨道线路等，能够快速发送车辆检测信息，调剂轨道段的占用和空闲状况，使列车的运行更加高效和顺畅，提高资源利用率。ATP系统能够在轨道占用的情况下发出相应的信号，使车载ATP系统获取上述信号，分析运行速度和条件补偿等等，能够对车速进行有效控制，达到自动控制的目的。

4 结语

自动控制功能是自动驾驶控制系统的基本功能，也是确保系统高效、安全运转的关键，有利于提高轨道交通的整体运行效率及安全，促进轨道交通的智能化和自动化发展。在应用自动控制系统时，应该明确固定闭塞式和准移动闭塞式的基本特点，根据系统功能需求进行针对性设计，优化系统运行方式及策略。在制定自动控制系统质量指标的基础上，通过车速自动驾驶控制、车站精准停车控制、列车自动监控和列车自动保护等方式，充分发挥自动控制的应用实效性，防止出现意外安全事故。