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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.