Тяга поездов: Учебное пособие. Часть 1, страница 3

Из сказанного можно заключить, что, перед тем, как присту­пить к расчету движения системы, исследователь должен четко опре­делить цели, постановку задачи, методы построения и исследования модели движения. Несмотря на то что техническая кибернетика создана много позже теории тяги поездов, в принципах и подходах к решению задач между ними обнаруживается много общего. В связи с тем что кибернетика утвердилась фундаментальной наукой об управлении, в значительной мере определяющей научно-техничес­кий прогресс, а управление движением поездов должно стать состав­ной частью автоматизированной системы управления железнодорож­ным транспортом, целесообразно использование в курсе тяги поездов основополагающих принципов, понятий и методов киберне­тики.

1.7. ПОСТАНОВКА  ЗАДАЧИ   ОБ  УПРАВЛЯЕМОМ  ДВИЖЕНИИ   ПОЕЗДА И СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ЕЕ РЕШЕНИЮ

Для расчета движения поезда должны быть заданы масса сос­тава, серия локомотива, тормозные средства, профиль пути, рас­положение станции на линии. Требуется определить механическое движение и параметры состояния подвижного состава, обеспечиваю­щие достижение поставленной цели при соблюдении условий безопас­ности и надежности работы локомотива.

Из постановки задачи видно, что речь идет об управляемом движе­нии сложной системы, преследующем определенную цель. Для опре­деления цели и выбора метода расчетов движения сложных систем широко используется так называемый системный подход, сущность которого заключается в том, что для исследования по-

ведения системы необходимо учитывать взаимосвязь различных элементов системы. Взаимосвязь должна быть рассмотрена не как простая механическая совокупность элементов, а как единство их взаимодействий в достижении цели. Следовательно, поезд будем рас­сматривать не как автономную систему, а как звено в системе желез­ной дороги, а его движение — как часть технологического процесса перевозок. Согласно системному подходу цель движения поезда должна определяться исходя из целевой функции дороги, которая сводится к обеспечению наибольшей пропускной и провозной способ­ности железных дорог путем увеличения массы и скорости дви­жения поездов. Разумеется, управление движением может преследо­вать и другие задачи, но все они должны решаться в рамках основной цели. Цели можно достигнуть путем управления состоянием и поведе­нием системы. Таким образом, движение поезда в отличие от естест­венного движения является целенаправленным. Так как поезд является элементом в системе железной дороги, то управление его движением подчинено целевой функции, технологии перевозок и организации движения поездов по графику.

Степень достижения цели должна служить мерой оптимальности управляемого движения поезда. Такой мерой является уровень пропускной и провозной способности железнодорожных линий и станций при заданной технике и принятой организации движения поездов. Стремление к достижению оптимального движения не долж­но выходить за пределы возможного по ресурсам поезда и допус­тимого по условиям безопасности движения и надежности работы локомотивов и вагонов. Для этого тяговыми расчетами установлены нормативные параметры тяги, торможения и ограничения по на­дежности .

Так как любое управление невозможно без информации о по­ведении и состоянии объекта, то в качестве исходной (априорной) информации для расчета движения поездов на всей сети железных дорог установлены единые паспортные характеристики подвижного состава. Натурный эксперимент в конкретных эксплуатационных ус­ловиях различных дорог доставляет наиболее ценную информацию о параметрах движения поездов и поэтому используется для корректи­ровки тяговых расчетов и изыскания резервов интенсификации и экономичности тяги.

Участие в целенаправленном движении многих взаимодейству­ющих элементов различной физической природы (дизель, тяговая передача, экипаж, вагоны, путь, СЦБ и связь и т.д.), а тем более людей затрудняет математическое описание движения сложной системы, основанное на каком-либо физическом законе. Для реше­ния таких сложных задач используется математическое моделиро­вание [25;28;381. Упрощающие предположения при построении и исследовании математических моделей различных процессов и оп­ределенные соотношения между ними позволяют находить общие

9

решения задач целенаправленного движения. Функция цели, сис­темный подход и математическое моделирование являются осново­полагающими принципами в исследованиях и прогнозировании дви­жения поездов.

1.3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЯГИ И ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА

Любые процессы протекают в пространстве и времени, поэтому поведение систем определяется изменением фазовых координат сос­тояния в функции текущего времени. Поведение системы рассматри­вается как временная история ее состояний и описывается обыкно­венными дифференциальными уравнениями.

В классической механике для свободного тела, имеющего шесть степеней свободы, составляют шесть дифференциальных уравнений, описывающих движение в трехмерном евклидовом пространстве. Если же система состоит из п связанных между собой тел, то для описания ее движения потребуется уравнений в п раз больше. Если попытаться описать поведение каждого вагона в составе поезда, то такая задача становится неразрешимой даже на ЭВМ. Описание поведения поезда осложняется тем, что дифференциальные уравнения должны описывать сложные процессы различной физической природы (механической, термодинамической, электромагнитной и др.), параметры которых имеют нелинейные зависимости от многих факторов, не всегда доступ­ны измерению, что порождает неопределенность и невозможность их интегрирования.