基于有色Petri網(wǎng)的高速軌道交通分區(qū)交接模塊的建模.pdf

1、摘 要分 區(qū)交 接 模 塊 是 磁 浮 等 高速 軌 道 交 通 運(yùn) 行 控 制 系 統(tǒng) 中的關(guān) 鍵 部 件 ，主 要 完 成列 車跨 分 區(qū)運(yùn) 行 、交接 過程 的協(xié) 調(diào) 、控 制 及 相 關(guān) 的安全 防護(hù)工 作 。分 區(qū)交 接 技 術(shù)的優(yōu) 劣 直接 影 響到列 車運(yùn) 行 時(shí) 的安 全 及穩(wěn) 定性 ， 也 是提 高運(yùn) 輸 效率 及 乘 坐 舒適度的關(guān)鍵 因素 。目前 ，我 國對 相 關(guān)領(lǐng) 域 的研 究還 不夠 成 熟 ，相 應(yīng) 的研

2、究 資料 也 非常少 ，同 時(shí) 由于 分 區(qū)交接 過程 中各 子 系 統(tǒng) 間信 息 交互 的復(fù)雜性 使 得對其 進(jìn) 行 分析 、設(shè) 計(jì)及 驗(yàn) 證 比較 困難 ，因此對 分 區(qū)交接技 術(shù)進(jìn) 行深 入研 究 ，選 擇恰 當(dāng)?shù)姆治?建模方 法完 成仿 真驗(yàn) 證 ， 最 后設(shè) 計(jì) 出一個(gè) 滿足 基本 要 求 且 易 于編 程 實(shí)現(xiàn) 的分 區(qū)交 接方案 ，將 對 高速 磁 浮軌 道 交通運(yùn) 行控 制 系統(tǒng) 的 國產(chǎn) 化 具有 重要 意 義 ?；?

3、于 以上 的描 述 ，本 文 設(shè)計(jì) 了一種 分 區(qū)交接 方 案 ，并引入 形式化 建模 方 法 有色 petri網(wǎng) (CP N ) 對 其進(jìn)行 建 模 、分析 及 驗(yàn) 證 。本 文根據(jù)分 區(qū)交 接所 需 的條件 、跨 分 區(qū)停 車 點(diǎn)步進(jìn) 、 跨 分 區(qū)無 線 電切 換 、列車進(jìn) 入 交疊 區(qū)及 列 車通過 分 區(qū)交接 結(jié)束 點(diǎn)等 列 車跨 分 區(qū)運(yùn) 行 時(shí) 的重 要 時(shí)機(jī) ， 設(shè) 計(jì) 了一 個(gè) 分 四個(gè)階段 進(jìn)行 的分 區(qū)交 接 方案

4、 ， 使 得需 要 整個(gè)運(yùn) 行控 制 系統(tǒng) 進(jìn) 行 復(fù)雜信 息 交 互 的分 區(qū)交接 過 程模 塊 化 ， 進(jìn) 而從 邏 輯 上 簡 化 了分 區(qū)交接 過程 ; 然 后 結(jié)合 C PN 的形式 化建模 分析方法 ，分整 體層 、 子 系 統(tǒng) 層 和 功 能層 這 三 個(gè)層 次 對 所 設(shè) 計(jì) 分 區(qū)交 接 方 案進(jìn) 行 建模 ， 并 完 成 分 析 、仿 真 和 驗(yàn) 證 。本 文較 好 的完 成 了對 分 區(qū)交 接 模 塊 的研 究 和

5、 設(shè) 計(jì) 工 作 ，解 決 了對 此類 涉及 子 系統(tǒng) 多 、信 息交 互量 大 且 時(shí)序 關(guān) 系復(fù)雜 的列 車運(yùn)行 控 制 過程 進(jìn) 行 分析 、設(shè) 計(jì) 及 驗(yàn) 證 難 的 問題 ， 同 時(shí) 也 為 高 速 磁 浮 軌 道 交 通 運(yùn) 行 控 制 系 統(tǒng) 中其 它 子 功 能 的分 析 和 設(shè) 計(jì) 提 供 了一 種 思 路 。相 應(yīng) 仿 真 和 分 析 的結(jié) 果 表 明 ，本 文所 設(shè) 計(jì) 的 分 區(qū) 交 接 方 案 基 本 滿 足

6、高速 磁 浮軌道 交 通運(yùn) 行 控 制系 統(tǒng) 的有 界 、 無 死 鎖 等 安全 性要 求 ， 從邏 輯 功 能上 能夠 順 利 完成 列 車 跨 分 區(qū) 運(yùn) 行 時(shí) 的停 車 點(diǎn) 步進(jìn) 及 安 全 責(zé) 任 交 接 等 任 務(wù) ， 其 將 對 相 關(guān) 應(yīng) 用 軟 件的 開 發(fā) 提 供 很 好 的理 論 指 導(dǎo) 意 義 。關(guān) 鍵 詞 分 區(qū)交接 ，有 色 petri 網(wǎng) (CP N )，高速磁 浮 軌 道交通 ，運(yùn) 行控 制 系統(tǒng) ，建模

7、 與 分析目 錄摘 要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8、. . . . . . . . . . . . . . . . ……lA b 5t ra ct .......... .......... ....................... ................................... ...... ........................ ........…… 1.第 一 章 緒 論 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …11. 1 研 究 的背 景和 意 義 . . . . . . . . . . .

10、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …11. 2 研 究現(xiàn)狀 與分 析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …21. 2. 1 高速 磁 浮軌 道 交通 運(yùn) 行 控制 技 術(shù) 的相 關(guān)研 究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …21. 2.

12、2Petr i 網(wǎng)在 軌 道交通 中的建模 應(yīng) 用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……31. 3 論文 主 要 工作 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …， . . . … …3第二 章 有 色petri 網(wǎng)及 介 紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …52. 1petri網(wǎng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15、 . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . ……52. 1. 1petri 網(wǎng)的基 本概 念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16、 . . . . . . . . . … …52. 1. 2petri網(wǎng) 的數(shù) 學(xué) 描 述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……62. 2 有 色petri 網(wǎng). . . .

17、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……72. 2. 1 有 色 petri 網(wǎng) 的 基 本 概 念 . . . .

18、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……72. 2. 2 有 色 petri 網(wǎng) 的動(dòng) 態(tài) 性 質(zhì) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19、 . . . ……， . . . . . . . . . . . . . . . . . ……， 二 92. 2. 3 有 色 petri 網(wǎng) 的 分 析 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……102. 3 性 能 分

20、 析 工 具 C PNTO olS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……n2. 4 本 章 小 結(jié) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……12第三 章 基 于 CP N 的分 區(qū) 交接 模 塊 的建 模 . . . . . . . . . . . . . . . . .

22、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …133. 1 運(yùn) 行控 制 系統(tǒng) 的 結(jié)構(gòu) 和 功 能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……， . …， . .

23、 . . . ……133. 1. 1 中央控 制 系 統(tǒng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……， . . . . . . . . . . . … …143. 1. 2 分 區(qū) 控 制 系 統(tǒng) . . . . . . . . .

24、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……143. 1. 3 車 載 控 制 系 統(tǒng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……巧3. 1. 4 通 信 系 統(tǒng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……巧3. 2 分 區(qū)交接 過程 的研 究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27、 . . . . . . . . . . … …163. 2， 1 研 究過程 中 的約 定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …， .163. 2. 2 分 區(qū)交接 需 要 完成 的主要功 能

28、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……173. 2. 3 分 區(qū)交接方 案 的設(shè)計(jì) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …203. 3 分 區(qū) 交 接 的 cP N 模 型 的研 究 . . . . . . . . . . . . . . ……， ， . . . . ……， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……253. 3. 1 整 體 層 Cp N 模 型 . . . . .

30、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……263. 3. 2 子 系 統(tǒng) 層 CpN 模 型 . . ……， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……283. 3. 3 功 能層 Cp N 模 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32、 . . . . . . . . . . . . . . . ……3 13. 4 本 章 小 結(jié) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33、 . . . . . . . . . . . ……3 1第 四章 分 區(qū)交 接 模 塊 cP N 模 型 闡述 及功 能驗(yàn) 證 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……324. 1 分 區(qū)交模 塊 cP N 功 能層 模 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … …324 . 1. 1 分 區(qū)交接 準(zhǔn) 備 階段 的 CpN 功 能層模 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……324 . 1.

35、 2 分 區(qū)交接 實(shí)施 1 階段 的 印 N 功 能層 模 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……404 . 1. 3 分 區(qū)交接 實(shí)施 2 階段 的 CP N 功 能層 模 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……444 . 1

36、. 4 分 區(qū)交接 結(jié)束 階段 的 C pN 功 能層模 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……， . . …474. 2 模 型 的仿 真 和 功 能驗(yàn) 證 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……504. 3 本 章 小 結(jié) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……， . . . . . . . . . . . . ……， . . . . … …， . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38、 . . . . . . . . ……56第五 章 總 結(jié) 與展 望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .