Моделирование обработки сигнала пг в путевом фильтре:

Путевой фильтр защищает выходные цепи генератора ГП3 от влияния атмосферных перенапряжений, гармоник тягового тока и кодовых токов автоматической локомотивной сигнализации и является гальванической развязкой выходной цепи генератора ГП3 и кабельной линии. Входной сигнал от путевого генератора подаётся на последовательный резонансный контур. Одновременное изменение индуктивности и ёмкости контура фильтра при настройке позволяет достигнуть примерного равенства его сопротивления для различных частот, что обеспечивает независимость уровня его выходного сигнала от частоты. С выхода фильтра сигнал, через согласующий трансформатор и элементы защиты, подаётся в рельсовую линию. На рис. 5.7.4. представлен вид выходного сигнала фильтра ФПМ.

Рис. 5.7.4. Сигнал на выходе фильтра ФПМ.

Для разработки математической модели рассматриваются следующие основные процессы прохождения сигнала через узлы фильтра.

2.1. Для описания данного процесса используется вспомогательная функция (весовая функция идеального фильтра низкой частоты ФНЧ с частотой среза f )

. (4)

2.2. Функция (4) используется при формировании весовой функции двухконтурного полосового фильтра с показателем добротности d, центральной частотой f_p и частотами настройки f_n и f_v имеющей вид

. (5)

Тогда обработка сигнала S(t) в путевом фильтре может быть описана интегралом

. (6)

Моделирование прохождения сигнала по рельсовой линии (рл):

Параметры генератора, фильтра и приемника постоянны и не зависят от режимов работы рельсовых цепей, а параметры РЛ переменные и зависят от режимов работы рельсовой цепи, изменяются непрерывно вследствие воздействия климатических условий, что приводит к изменению изоляции рельсовой линии или дискретно при наложении шунта или обрыве рельсовой нити.

Для разработки математической модели рассматриваются следующие основные процессы прохода сигнала по РЛ.

1. Затухание сигнала с коэффициентом  при прохождении по РЦ описывается выражением

(7)

2. Набег фазы  сигнала при прохождении по i – тому участку РЦ может быть учтен выражением,

, (8)

где , .

3. Суммирование сигналов от всех путевых генераторов,

. (9)

На рисунке 5.7.5. приведены графики напряжений на выходе путевого генератора и на расстоянии в 500 и 1000 метров от путевого генератора. Видны сдвиги по фазе относительно напряжения с путевого генератора и небольшое затухание амплитуды напряжения.

Кроме суммы напряжений со всех ПГ с учетом сдвига фазы и затухания в рельсовой линии на входе ПП присутствуют естественные помехи от работы других устройств, что представлено на Рис. 5.7.6.

Рис. 5.7.5. Напряжения на выходе модели путевого генератора и на двух участках РЦ.

Рис. 5.7.6. Напряжение на входе модели путевого приемника с учетом помех.

Моделирование обработки сигнала в путевом приемнике

Путевой приёмник предназначен для приёма сигналов из рельсовой цепи и включения путевого реле. Принимаемый из рельсовой линии сигнал подаётся на вход приёмника. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку входной цепи и совместно с двумя конденсаторами выполняет роль первого каскада полосового фильтра.

Второй каскад фильтра связан с первым при помощи транзисторного усилителя с глубокой отрицательной обратной связью по току. Транзисторная связь между каскадами входного фильтра уменьшает нагрузку на первый каскад, что обеспечивает полосу пропускания около 24 Гц и затухание по соседнему каналу не менее 38 Дб. С части обмотки трансформатора выделенный фильтром сигнал подаётся на демодулятор, выполненный на транзисторе, на выходе которого выделяется сигнал с частотой манипуляции (8 или 12 Гц).

Выделенный сигнал поступает на вход амплитудного ограничителя, ограничивающего амплитуду низкочастотного сигнала на уровне примерно 4 В и тем самым защищает от перегрузки последующие каскады приёмника при больших уровнях входного сигнала. С выхода амплитудного ограничителя через буферный каскад сигнал поступает на первый НЧ фильтр, настроенный на частоту 8 или 12 Гц. Выделенный первым НЧ фильтром сигнал через буферный каскад подаётся на вход порогового элемента (триггер Шмидта). Дальше сигнал поступает на выходной усилитель мощности, представляющий собой двухтактную двухкаскадную схему с двухполярным питанием. К выходу оконечного усилителя подключен второй НЧ фильтр, также настроенный на частоту 8 или 12 Гц. После чего сигнал поступает на путевое реле АНШ2-1230. На рис. 5.7.7. представлен вид выходного сигнала путевого приемника ПП.

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

Рис. 5.7.7. Напряжение на выходе реального путевого приемника.

На Рис. 5.7.8. приведена принципиальная схема путевого приемника.

В соответствии с принципиальной схемой моделируются следующие процессы:

• ограничение входного сигнала,

• фильтрация сигнала в полосовом высокодобротном фильтре, настроенном на несущую частоту,

• демодуляция (детектирование) сигнала,

• ограничение по уровню,

• фильтрация модулирующей частоты 8 или 12 Гц.,

• выпрямление модулирующей частоты и формирование напряжения на входе электромагнитного реле,

• моделирование срабатывания реле и размыкания (замыкания) его контактов.

Большинство из указанных процессов преобразования сигнала, поступающего на вход ПП может быть описано как интегральное преобразование сигнала во времени.

Рис.5.7.8.

1. Ограничение по уровню U_огр сигнала на входе U_вх(t) описывается выражением

(10)

Фильтрация полосовым фильтром несущей частоты f_p с необходимым качеством описывается интегральным преобразованием

, (11)

где

d – показатель добротности одиночного контура,

f_v , f_n – частоты настройки контуров.

На Рис. 5.7.9. показан результат фильтрации входного сигнала при совпадении центральной частоты настройки полосового фильтра с частотой входного сигнала.

На Рис.5.7.10. представлен результат обработки сигнала полосовым фильтром при несовпадении входной частоты и центральной частоты настройки фильтра.

Рис.5.7.9. Напряжение на выходе полосового фильтра приемника с частотой настройки