自動控制在地鐵自動駕駛控制系統中的運用思路闡述

劉風雷

摘要：時代的進步和發展使得地鐵自動駕駛控制受到了越來越多的關注，本文簡要闡述了自動控制的內涵與應用原理，并分別從車速自動駕駛控制、精準停車控制以及自動駕駛控制系統的質量指標等方面，分析了自動控制在地鐵自動駕駛控制系統中的運用思路，以此來提高地鐵自動駕駛控制系統的使用性能，推動自動駕駛技術的發展。

關鍵詞：自動控制;地鐵自動駕駛;控制系統

一、地鐵自動駕駛控制系統概述

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先設定的規律變化或運行的過程。隨著科學技術的不斷發展，自動化控制在各個行業得到了廣泛的應用，城市軌道交通行業也不例外。地鐵自動駕駛控制系統可以擺脫人為控制，可以實現自主運行，同時還可以實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性，需要進一步提高自動控制系統的質量水平。

可以將控制系統劃分成閉環控制系統、開環控制系統和復合控制系統幾大類，在這些控制系統當中，開環控制系統的結構較為簡單，它的成本比較小，但是被控量的精度受被控對象參數與控制器參數的穩定性影響較大，沒有辦法自行修正。閉環系統能夠自動將內部特性參數的變化以及內部干擾等進行糾正，它的控制精度非常高，然而負反饋必須要有與之匹配的參數。

在地鐵自動駕駛控制系統當中，可以利用自動控制系統的自適應控制功能，實時監控系統的運行情況，中央控制單元能夠自主辨別和分析監控系統的測量參數，之后結合預先設定狀態判斷和調整控制器的參數或結構，讓它更好地適應環境變化，從始至終保持最佳的性能指標。

二、自動控制在地鐵自動駕駛控制系統中的運用分析

（一）車速自動駕駛控制

在地鐵列車行駛環節中，根據地鐵列車的運行速度、運行計劃、運行線路和運行的目標速度等信息，利用自動駕駛控制系統的車載設備分析列車要實現的目標車速的制動力與牽引力的數值，按照地鐵列車的需求向列車的控制系統以及牽引系統發布相應的指令，將指令傳達到執行器中，實現列車的減速和加速。

在地鐵自動駕駛控制系統當中，車載ATO是非常關鍵的組成部分，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行速度、線路限速、目標速度和線路允許速度等一系列信息，自動化地計算地鐵實時所需的制動力與牽引力的大小，之后向地鐵列車的執行機構發布控制指令，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能夠精準地控制地鐵列車，保證地鐵列車的駕駛處在最好的運行狀態下。地鐵列車運行期間，自動駕駛控制系統可以合理控制運行的速度，將大幅提高列車的運行效率，不僅如此，還能夠減少能源方面的消耗。在地鐵列車的實際運行期間，按照施加的牽引力和制動力的大小，把地鐵列車的運行速度控制在適宜的范圍內。通過對地鐵自動駕駛時的速度和距離曲線進行分析可以發現。在地鐵列車自動駕駛控制中，行進的速度會在非常小的區間內來回變化，使用惰行狀態能夠提升地鐵列車的運行效率，能源消耗比較少，同時還有助于提高乘客的舒適程度，合理選擇最優的惰行點可以避免地鐵列車頻繁地切換制動狀態與牽引狀態。

（二）精準停車控制

在地鐵自動駕駛環節中，精準停車在很大程度上影響著列車的運行安全與運行效率。要想實現精準停車控制的目標，需要引入地鐵車載系統、牽引系統以及制動系統，讓這些系統相互協調與配合。列車的監控系統負責收集列車的行駛的速度數據，與此同時，可以將收集到的數據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，進而達到精準停車的目標。實現列車的精準停車，可以為地鐵站臺與安全門的設置提供便利，為乘客提供更加安全、便捷的乘車與候車環境。

（三）自動駕駛控制系統的質量指標

當地鐵自動駕駛控制系統遭到干擾之后，被控量容易形成信號波動，控制系統信號輸入與輸出可以體現出控制性能的好壞，我們在評價自動駕駛控制系統質量時，通常從3個方面展開分析，具體包括系統的穩定性、高效性和精準性。

穩定性可以確保自動駕駛控制系統的平穩運轉，高效性指的是被控量對控制量反應的快慢，準確性體現著自動駕駛控制系統被控量能夠實現的控制精度。這些質量控制指標可以通過合理選用系統元件、精心調整參數等而實現。穩定性、高效性和精準性這三個指標是相互制約的，所以在控制系統當中，尤其是穩定性指標，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，實現不同的控制性能，在提高地鐵列車運行效率的同時，提升地鐵運行的安全性與舒適性。由此可見，自動控制系統的參數在地鐵自動駕駛系統的運行中發揮著非常重要的價值。

結束語：

綜上所述，隨著科學技術的不斷發展，地鐵自動駕駛技術將越來越成熟，在這個過程中，自動控制發揮著非常重要的作用。為了提高地鐵自動駕駛系統的穩定性、安全性和精準性，應當科學地選擇控制系統元件，合理設置各種參數，為乘客提供更為舒適的地鐵乘車環境，滿足乘客的乘車需求，持續優化地鐵自動駕駛系統的性能，從而為地鐵的安全運營提供堅實的保障。

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