7. Моделирование функционирования тональных рельсовых путей

Представленные здесь модели выполнены профессором

Ходаковским В.А. [43], ссылки [44 – 48].

При проектировании сложных систем проектировщик всегда сталкивается с необходимостью математического моделирования. Основной целью математического моделирования является проверка правильности технических решений и нахождение наилучшего решения среди некоторого набора возможных. Перед выбором метода моделирования всегда следует определиться со степенью детализации модели. Слишком обобщенная модель может не позволить выявить отдельные закономерности, а слишком подробная модель может потерять адекватность с моделируемым прототипом. Для выбора степени детализации следует использовать процессный подход, рекомендованный стандартом ISO 9000. При этом степень детализации модели определяется уровнем декомпозиции исходной модели (модели верхнего уровня).

Для моделирования электронных и электрических схем используются специализированные пакеты (пакет ORCAD) (программа) PSPICE, (программа) WorkBench и другие(Active-CAD – пакет, Multisim – программа, подобная ElectronicWorkBench). Указанные пакеты позволяют имитировать функционирование достаточно сложных электронных и электрических схем. Основными недостатками таких пакетов являются большие временные затраты на разработку модели, невысокая точность получаемых результатов и большое время моделирования даже на хороших ЭВМ, что связано с методом моделирования на основе решения систем дифференциальных уравнений, описывающих процессы протекания электрического тока по элементам схем.

Перед авторами была поставлена задача разработки математической модели, описывающей функционирование тональных рельсовых цепей на перегоне. При этом модель должна была позволять проводить измерения напряжений и токов, анализировать осциллограммы напряжений во всех контрольных точках схемы с одной стороны с целью проверки адекватности модели, а с другой стороны для оценки взаимного влияния блоков и выработки предложений по использованию РЦ в различных режимах эксплуатации.

Для использования рассматриваемого подхода были выбраны основные процессы, которые описывают формирование сигналов, прохождение и преобразование сигналов в основных блоках тональной рельсовой цепи. На Рис.5.7.1. приведена принципиальная схема подключения аппаратуры тональной рельсовой цепи, в которую входят модули: - рельсовая линия, ПЯ – путевые ящики, ПТ – путевой трансформатор, ФПМ – путевой фильтр, ГП3 – путевой генератор, ПП – путевой приемник.

Рис.5.7.1.

В соответствии с данной принципиальной схемой моделируются напряжения с выходов нескольких путевых генераторов, расположенных в шкафах АБТЦ, напряжение с выходов ПГ фильтруется в ФПМ, передается в кабельную линию, через путевой трансформатор ПТ вводится в рельсовую линию, суммируется в рельсовой линии с учетом сдвига фазы и затухания и подается на путевое электромагнитное реле типа АНШ. Ниже описываются указанные процессы.

Формирование напряжения в путевом генераторе:

Путевой генератор формирует амплитудно-модулированные сигналы для питания рельсовых цепей. На выходе микросборки DD1, представляющей генератор синусоидального сигнала 1 МГц с кварцевой стабилизацией и набора делителей частоты и микросборки DD2, представляющей собой манипулятор с генератором частоты манипуляции формируются пачки импульсов несущей частоты, следующие с частотами 8 или 12 Гц при скважности 2. Далее через буферный усилитель, широкополосный фильтр несущей частоты и оконечный усилитель мощности амплитудно-модулированный сигнал поступает на вход путевого фильтра. На рис.5.7.2 представлен вид выходного сигнала генератора ГП3.

Рис. 5.7.2. Сигнал на выходе ГП3

Для разработки математической модели рассматриваются следующие основные процессы прохода сигнала узлов генератора.

48. 1. Формирование напряжения несущей частоты представляется так

, (1)

где: f_p – несущая частота,

U_вых – амплитуда выходного напряжения.

48. 2. Формирование частоты манипуляции несущей

, (2)

где: f_m – модулирующая частота.

48. 3. Выполнение манипуляции несущей частоты,

, (3)

где: m – коэффициент модуляции.

На Рис. 5.7.3. представлен результат моделирования напряжения с выхода путевого генератора.

Рис.5.7.3. Моделируемые процессы при формировании напряжения на выходе путевого генератора.