控制系统中的信号

控制系统中的信号（精选十篇）

控制系统中的信号 篇1

一、信号处理分析

现阶段, 频移键控是我国铁路移频自动闭塞采用的调制方式, 其移频信号主要有法国UM71、国产4、8、18信息四类信号。在铁路机车的信号分析系统中, 通过对经过低频信号调制成为上、下边频交替化的移频波进行数据分析, 获取低频和上下边频的特征参数, 进而为信号分析处理提供参考依据。通常, 分析移频信号主要有基于频域和时域的两种方法, 而在机车信号分析系统中, 不同制式的移频信号即使在同一分析方法下, 其得到的信号特征参数会有较大差异, 这就要求, 在铁路机车信号系统中的信号处理分析具有一定的通用性, 同时, 在实际信号数据采样时, 出现现场随机噪音叠加现象是不可避免的, 进而要求了在对信号分析处理时, 需要有较强的抗干扰性, 以保证数据采集、分析的准确性。此外, 部分移频制式如18信息移频, 其低频之间的频率间隔相差仅0.5Hz, 这就给信号分析处理增加了难度, 要求信号处理系统有更高的精度。因此, 在机车信号系统中对信号的分析处理以分析精度和准确度为原则进行。为此, 我们在分析中主要采用小波的去噪算法来对数据样本进行处理, 进而运用零点计数法解调出低频, 在通过快速傅立叶计算出上下边频值, 在实际中这种算法在信号分析中取的良好的效果。

二、小波去噪的分析

在机车信号分析系统中, 对移频信号进行多尺度分解是去噪的基本思想, 也是去噪的第一步, 然后设置分解后每一级细节信号的阈值Ti (i为分解后的某一级数) , 在对信号分析处理过程中, 对于细节信号中大于设定的阈值Ti的信号, 认为是有用的信号, 对该信号进行保留, 进入下一级的分析, 反之, 则认为是由噪声产生的信号, 将其置为0, 予以舍弃。然后, 对保留的新的大于阈值的信号进行列序, 然后重新构建算法, 重建信号, 进而达到去噪的目的, 进而得到去除噪声的移频信号。显然, 在去噪的分析过程中, 每一级细节信号的阈值Ti是关键, 由于选用数据的时段不同, 叠加在采样数据上的噪音也会不同, 进而噪音的概率分布也会有所不同, 因此, 为了提高对噪音过滤的准确性, 即提高阈值设置的准确性, 可以选用自适应的阈值选取方案, 以根据噪音的不断变化的统计特点, 来确定最合适的阈值, 进而提高阈值设置的准确性, 提高系统对信号分析的准确性。目前, 在实际工程中, 由于样条小波具有很高的正则性和较好的线性相位特性, 在信号去噪中应用广泛, 如沪杭线机车信号处理分析就采用了该方法。

三、上、下边频的分析

为了达到机车信号系统中信号分析的精确度要求, 在信号分析中, 还要考虑频谱泄漏信号处理的影响。假设N个过滤波器对输入序列x (n) 的滤波处理, 信号采样周期为T, 则, 第k个等效滤波器的幅频特性有公式可以表示为:

由上述公式可以看出, 若取信号的整倍周期, 即Ti=NT, 则可以得到周期信号基频f0=1/NT, 则信号的第k次谐波分量kf0只有通过k个等效滤波器时增益为1, 其余均为0, 此时, 没有发生频谱泄漏现象, 若不是整倍周期, 很显然, 会发生频谱泄漏问题, 从中可以看出, 在解决频谱泄漏问题中, 对信号整周器节段分析是最有利的方案。但由于, 不同移频制式、不同轨道的上下边频都会变化很大, 整周期截取信号不容易做到, 因此, 在信号分析时, 可先对采样序列x (n) 加窗处理, 然后做离散傅立叶变换运算, 进而减弱频谱泄漏。在实际应用中, 不论采用哪种分析方法, 不同的技术只能对泄漏的抑制程度不同, 不能完全消除。因此在实际应用中, 为提高精度, 需要找到合适的信号处理方法。

结束语:综上所述, 在铁路机车信号分析系统中信号的处理一方面要注意采集信号的去噪, 提高信号处理准确性, 另一方面, 移频信号频谱的泄漏, 选用合适的函数算法, 进而提高信息处理的精度。并且在实际的应用中, 通过上述方法的分析, 也取得了良好的效果。

摘要：随着我国铁路事业的发展, 我国建成铁路里程已成为世界第一, 并且, 现阶段我国高铁项目建设正在如火如荼的进行, 为我国的经济发展提供了有力的支撑。在铁路机车运行中, 机车信号分析系统中的信号处理分析是关键环节, 其信号处理的准确性, 也影响着铁路机车运行的安全性。因此, 本文将主要分析了铁路机车信号分析系统中的信号处理的算法, 以期为信号处理的研制提供借鉴, 进而提高信号处理的准确性。

关键词：铁路机车,信号分析系统,信号处理,分析

参考文献

[1]白海威, 吴跃臣.机车信号及地面信息记录分析系统[J].中国铁路.2002, (02) :67-69

[2]苏子江.铁路主体化机车信号系统的合理应用[J].中国集体经济.2009, (24) :178

控制系统中的信号 篇2

随着城市化的不断发展，城市地面交通压力增大，地铁工程的发展能够实现对交通压力的有效缓解。在其发展过程中，地铁信号系统的发展，能够促进其自动运行、控制、防护以及报警。随着现代地铁信号技术的发展以及信息技术的深入，地铁信号系统向着智能化发展。

1对地铁信号技术的概述

对于地铁信号技术，主要是指列车的自动控制技术，立足传统自动自动停车技术。借助自动控制系统，能够将地面轨道传送的信息进行有效接收，借助计算机自动控制系统，达到对列车的自动化和智能化的控制。在自动化技术的支持下，实现列车允许允许状态与实际运行状态的有点对比。一旦时速超过既定标准，系统就会自动形成相关的应对方案。在整个系统的应用中，信号传递的方式与应用与列车行驶息息相关，直接决定其控制情况。目前，随着信息自动化技术的不断革新，地铁信号系统也进行了创新，尤其是智能化水平得以提升，能够实现信号更加准确的控制和传递，为地铁安全运行提供了保障。

2对地铁信息系统智能化自动控制功能的介绍

2.1对列车自动化监控子系统(ATS)的功能的介绍

这一系统的功能是对列车的运行状态进行自动监控，功能集中体现在：

①其识别功能，能够对列车的运行方方向以及车次进行显示，形成信息的有效传输。

②发挥自动追踪的拱。结合列车的具体位置，根据操作员的要求，进行及时调整，完成操作。

③能够完成自动排路的功能。系统能够进行列车进路的自动排列，结合时刻表，完成这一功能，实现对停站、停靠以及开关门的有效控制。

④实现对列车的自动调整。也就是说，在常规运行模式下，能够实现对列车允许的智能化控制，实现列车与时刻表之间误差的最小化。

⑤能够实现对时刻表的有效编辑，达到有序调整的目的。

2.2对列车自动防护系统(ATP)功能的介绍

这一系统的作用是提高列车允许的安全性，集中体现在：

①能够进行有效的定位。借助列车相关速度以及线路的信息，能对列车所在位置进行准确定位，实现对其有效的防护。

②发挥对列车的追踪功能。这一系统能够保证列车位置的安全性，维持标准的间隔。结合列车位置的相关信息，追求占用地图，对安全和非安全位置进行明确，明确列车两端安全的位置。

③完成列车的移动授权的作用。

④能够实现对速度的监控和校正。⑤保证停车位置的准确性。

2.3对自动驾驶系统(ATO)的介绍

这一系统主要是实现对列车的自动运行的控制。在自动保护系统的支持下，结合监控系统的的指令要求，实现对列车的自动驾驶和调整，控制车门关闭，功能主要表现为：

①能够实现自动运行的功能。在ATO系统应用下，完成列车的启动、加减速以及停车的合理管控。

②能够控制列车的准确停车位置。在防护系统的协助下，能够借助通信设备，控制停车位置。

③实现对列车在线的.有效监控。

④实现对列车舒适性的调整。结合监控系统，控制和高峰期的运行情况，施行合理的节能方案，在保证服务品质的前提下，调整合适的速度，保证乘客的舒适性。

3地铁运行模式中CBTC系统自动控制功能的介绍

3.1对列车自动驾驶模式的介绍

这一模式的应用需要在自动监控与防护系统的协助下，实现自动驾驶操作。借助ATO系统实现自动控制。在进行ATO模式之后，系统不会受到人工的干涉，驾驶模式维持不变。列车即将开动时，只需要按下发车按钮即可实现自动驾驶。

3.2ATP条件下的人工驾驶方式介绍

在ATP限速条件下，司机进行速度的控制，实现列车的自动防护，车载控制器控制车门以及站台。

3.3对限制条件下的人工驾驶模式的分析

这是一种降级的驾驶方式，限速较高。在这种形式下，司机需要结合信号，速度不允许超过25km/h，对于装换轨内的驾驶，这种方式处于常规形式。列车允许的安全性需要人员、设备以及控制器的共同保障。

3.4对点式列车驾驶方式的介绍

在ATP的监督状态下，动态信标向ATP系统提供信息，主要包括超速的防护、间隔的防护以及相关设施的防护等。结合地面性，司机借助TOD的显示数据，控制和限制列车的运行。在控制器的允许的条件峡，司机地相关停车的精度和车门等进行人工控制。

3.5对非限制人工列车驾驶方式的介绍

在这种模式下，车载控制器被切断，禁止输出，结合调度和地面性，进行列车情况的反馈。其运行的安全性由人员、司机以及相关设备提供保证。

4如何不断应用信息智能技术提升地铁信号系统功能

4.1对列车自动保护系统安全性的提升

①要区别对待线路部件的承受能力，形成有针对性的对策，可以借助数字化轨道线路系统的建设，进行有效的数字信号处理。

②备份数字化轨道中设备，避免因为故障引发的数字化轨道与监控中心信息传输受阻。

③为了有效防止死循环的现象，建筑使用循环性质的语句，发挥冗余技术的特点。

④为了防止出现网络通道的异常，保证信息系统的有效运行，网络设备需要进行设备份，应用双层网络故障模式。

4.2对自动监控系统安全性的加强

对于地铁列车的自动监控系统，具有一定的复杂性，因此，需要进行全面掌控，提升其自身的安全性。

①要防止部门通信信道的故障而引发的整体运行受阻。要采用的环路的方式，将监控设备与控制中心的主机进行连接。

②重视列车识别装置的设立，以促进进行全线的监督和控制。

③鉴于地铁运行中故障的不可避免性，调度员需要做好调度工作。

④为了防止故障引发的数据更新的失败，需要在控制中心建立两套列车自动监控系统，避免二者同时进行数据的更新，也就是二者互为彼此的热备份。

⑤在运行中，一旦运行与运行图出现不相符的情况，信号系统会自动进行时间、停靠等方面的调整，形成完善的计划。一旦偏差过大，需要进行人工调整。

4.3对自动驾驶系统安全措施的介绍

①重视系统启动之前进行的安全检查，提高列车运行的可靠性，保证信号系统运行的安全性与高效性。

②借助循环方式实现对控制器等的有效控制，保证数据有效传递，提高信息的安全性。

③对于列车的运行，运行图必不可少，一旦出现驾驶异常，需要及时采取措施，有自动驾驶转变为人工方式。

波导管技术在地铁信号系统中的应用 篇3

【关键词】波导管技术；地铁信号系统；具体应用

从现状看，地铁信号系统渐渐拓展，列车必备的细化管控系统逐渐变为主导。筛选适宜的波导管，能提升原有的信息传递速率，提升无线传递架构中的真实实效，有序抵抗干扰，保障行车安全。波导管配置、后续安装步骤、成套配件调试，包含多层级的技术侧重点。对于此，应当经过探究，提升各步骤原有的技术水准。

1.概要的技术特性

波导管材质为金属，它被设定成空心架构，内壁十分顺滑。有的这类管路带有非金属的材质，但内侧添加了偏薄的金属层级。在地铁信号特有的体系内，波导管传递着超高频情形下的电磁波。运用这类导管，能够缩减传递过来的脉冲损耗，实现顺利传递。常见这类管路，包含矩形管路、雷达形态及圆形、光线波导管。

真正传输时，波导管拓展了常见状态下的频带宽度，能够抵抗干扰。波导管特有的周边区段，可以布设无线架构下的某接收器，以便接纳管路裂痕辐射过来的地铁信号。历经处理后，获取可用信息。波导管配有的多重无线单元，包含衔接着的接入配件、连接器及末端负载、同轴电缆及添加的双层法兰。地铁运行之中，为确保各时段的行车安全，应能慎重规制这一技术。

2.搭配适当配件

针对各异工况，波导管衔接的途径也带有差异。筛选出来的衔接方式，带有最优的适应特性。波导管架构内的配件搭配，应能依据如下的指引：全面覆盖着无线频率、确保信号优良、提升传输路径中的信息质量。设定适当规划，采纳最小范畴的配件耗费，缩减建造成本。保障各类区段末端都预留某一功率，规避频繁的替换某一配件。

应注意的是，无线接入之中，最多衔接4个区段的成套波导管。管路初始长度應被设定成450米左右，以便保障顺畅的数值传输，提快传递速率。出于工程需求，拓展了初始的管路长度，可以拓展至600米。经过查验可知，这种延长并没带来数值传递之中的干扰。这类衔接流程很适宜双线架构内的隧道，能够节省金额。对于双线隧道，应依据地铁特有的真实状态来筛选必备的衔接流程。灵活筛选某一段落内的波导管，确保质地最佳，避免原材浪费。

3.后续安装步骤

对于地铁工程，应依据测量得来的现场状态，筛选最适宜的安装方位。这类波导管常常被布设在固有的地表，或者隧道顶侧。安装流程中，应当慎重防水，规避水流干扰。若采购了带有裂隙的这种管路，应能保障恒定状态下的天线间隔。从常规看，为确保区段内的最优传输成效，裂隙波导管及搭配着的天线架构，应能维持某一间距。着手安装之时，再次精准运算。具体而言，筛选适宜的安装方位，包含如下位置：

3.1地表固定支架

架设固定支架，以便安装这样的波导管。按照场地条件来架设这类支架，调和它的初始高度，确保满足需求。安装步骤之中，间隔3米拟定某一滑动状态下的支架。法兰盘及配套的这类支架，应当拟定最适宜的间距，例如200米。

3.2隧道顶侧位置

在隧道固有的顶侧布设这类管路，采纳膨胀螺栓，接近顶侧增添这一支架；在这之后，把波导管衔接在支架之上。着手安装时，筛选的每段管路在贴近墙体的这一侧，都应增添固定态势下的支架。设定4米这样的间隔，增设滑动支架。滑动支架及衔接着的法兰盘，至少间隔200米。波导管彼此也应设定65厘米这一初始间隔，以便节省原材。靠近站台处，波导管固有的尾部配有适当天线，采纳同轴线缆来衔接它们。

4.调试成套设备

设备安装之后，应当接着调试，保障最优性能，提升原有的通信质量。

采纳回声测试，对于管路架构中的各类异物慎重查验，保障管路顺畅。筛选测试仪器，包含微波特性的配套仪器、故障辨识及定位依托的仪器。设定已知参数，接纳传递过来的高频信号。波导管固有的同侧，还应量测各时段的返回信号。这样做，可以判别波导调配的真实状态，辨析异物角度，然后除掉异物。

设定传输测试，衡量管路之内的信息衰减。这类量测机理，是在管路之中衔接一个特定频次的、特定强度的接续信号。在管路终端，还要配有成套的某一量测仪器，以便接纳并测定这一信号。传输检测之中，测得信号及初始时段的接入信号，带有某一强度差值。这个差值表明了管路架构中的衰减总量。

5.辨别系统损耗

5.1同轴线缆损耗

配置某一波导管，为确保各时段的信号传递，波导管固有的末尾信号，应能满足设定出来的体系强度规格，通常设定成20dB。管路末端特有的功率测定，包含细化的多重无线单元、各类组件表征出来的损耗数值。

同轴电缆带有灵活的特性，它衔接着管路之中的区段、TRE部分。同轴线缆量测得来的这类损耗常被设定成每米0.12dB。为了缩减总体衰耗，应能缩减配套框架内的线缆长度。初始布设的波导管，应能考量最差状态，拟定15米这一长度。

5.2管段衔接损耗

管段必备的衔接配件，包含TGCC，它衔接着细分出来的多个区段，也衔接着同轴线缆。TGCC架构内的无线损耗，常被测定成310dB。对于裂隙管段，这类衰减常会超出每米0.1dB。采纳TGCC必备的配件，以便缩减管段以内的缝隙。若添加了配套的TGCC，则应采购配套的这类电缆，增添总体衰减。

没能通过衔接配件的这类管段，起始于初始的某一TGC，终结于某一EL配件。这种情形下，波导管段测得的这类无线耗费，常会超出每米0.11dB。若把管段布设在固有的隧道顶侧，适合采购某一膨胀螺栓，以便悬挂这类管路。隧道顶侧与地铁固有的轨道面，包含差异高度。针对这种状态，筛选各类长度的架设支架，保障轨道平面及布设的管路间隔合格。

5.3筛选运用实例

某地铁架构内的信号系统，安装了波导管。从初始的AP侧起始，间隔3米布设某一固定支架。支架衔接着法兰盘这样的配件，间隔应能超出200米。每段管段之间，增添了75厘米这一间隔。轨道分岔区段衔接着同轴线缆，它们被衔接在波导管特有的左右侧，确保分岔区段的信息顺畅。

6.结语

微波特性的常用波导管被布设在地铁架构内，它带有双向传递的特性，是信号传递依托的必备媒介。这类波导管建构的信号体系，拓展了固有的传送频带，缩减信息损耗，提升了可靠性。波导管建造的材质，包含中空特性的矩形铝制管路。在适当方位添加某一接收器，可以接纳辐射过来的若干信号，处理得到可用的信息。未来进展之中，应当摸索新颖的更优技术，提升应用价值。 [科]

【参考文献】

[1]邱奎，徐行，肖培龙.波导管技术在地铁信号系统中的应用[J].铁道通信信号，2008（11）：43-46.

[2]王向阳.简谈宁波地铁波导管安装施工技术[J].铁路通信信号工程技术，2013（06）：47-49.

[3]李成彬.地铁信号系统中波导管技术的应用探析[J].信息通信，2014（01）：272.

[4]梁九彪，朱东飞.信号新技术在武汉地铁2号线的工程应用[J].都市快轨交通，2014（03）：112-115.

控制系统中的信号 篇4

《信号与系统》作为一门电子信息类专业本科学生的专业基础课程, 实用性强、涉及面广, 并大量应用于计算机信息处理的各个领域, 应用广泛。因此, 掌握信号与系统的基本方法和理论, 无论对后续专业课的学习, 还是对学生从事专业工作的能力, 都具有重要的意义。

传统的信号模拟是用硬件, 对实验仪器和实验室的要求较高, 不便于广泛应用, 而且信号处理具有内容繁多、概念抽象、设计复杂等特点, 学生在学习时常常会感到枯燥, 难以理解和掌握。而用软件的形式对信号波形进行仿真具有可视性强、操作简单方便、便于数据修改、文件保存、实验效率高、实验内容丰富等优点, 且结果直观易懂, 便于学生对实验数据现象进行分析。因此, 该课程迫切需要以计算机为辅助手段, 进行信号产生、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试, 也可以培养学生主动获取知识和独立解决问题的能力。具有仿真与图形用户界面功能的MATLAB软件使《信号与系统》课程的演示教学成为了可能。可以利用计算机辅助学生完成《信号与系统》课程的数值计算、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试。

2. MATLAB在《信号与系统》中的应用

2.1 MATLAB在《信号与系统》中应用的主界面

主界面构成如图1所示。通过这个界面可以看到本课件一共包括四个方面的内容。主界面包括系统菜单与工具栏和一个菜单项Content。通过单击菜单项中的菜单, 可以实现不同界面之间的切换;在主界面的右侧包括一个拥有四个按钮的按钮组, 通过单击这四个按钮也可以切换不同的界面。

2.2基本时域信号产生的界面

界面如图2所示。主要是一些典型信号的表达式与波形, 包括正弦信号、单位阶跃信号、实指数信号、复指数信号以及矩形脉冲信号、取样函数等一些常用信号。

例:正弦信号的实现

一个正弦信号可表示为x (t) =Asin (ωt+φ) =Acos (ωt+φ-π/2) 。式中, A为振幅, ω为角频率 (弧度/秒) , φ为初始相角 (弧度) 。正弦信号是周期信号, 其周期T为:T=2π/ω=1/f。具体语句的实现:

axes (handles.axes111) ;%设置图形显示的坐标轴

k=2;w=2*pi;phi=pi/4;

t=0:0.01:3;%正弦信号历经的时间。

ft=k*sin (w*t+phi) ;%正弦信号所对应的逻辑表达式

plot (t, ft) ;%画出正弦信号随时间变化的曲线

grid on;%显示网格线

axis ([0 3-2.2 2.2]) ;%设置坐标轴的显示范围

2.3连续时间LTI系统响应的界面

界面如图3所示。利用MATLAB来求解连续时间LTI系统的响应。包括零输入响应、零状态响应、全响应以及单位冲激响应与阶跃响应等。

2.4连续时间信号傅里叶变换及性质的界面

界面如图4所示。利用MATLAB求解连续时间信号的傅里叶变换, 并以图形的方式直观形象地给出了傅里叶变换的性质。傅里叶变换包含了丰富的物理意义, 它提示了信号的时域和频域的关系, 研究傅里叶变换及其性质成为信号分析研究工作中最重要的内容之一。

2.5离散系统时域信号产生的界面

界面如图5所示。界面包含一些典型信号的表达式与波形, 包括单位阶跃序列、矩形序列、正弦序列等一些常用信号。

2.6离散系统时域响应表示的界面

界面如图6所示。界面包含一些系统函数的零极点分布与其时域特性的关系。通过零极点图可以很清楚地判断出系统的稳定性, 点击不同的Radio Button可以很方便地选择不同的系统函数。

3. 结论

本文用MATLAB开发的实验系统平台设计了多种实验模块, 在教学中它能够提供大量的实例, 在实验中可以改变信号、模块、仿真子系统等的参数, 并观察信号与系统的相应变化。使学生对所学的书本知识有感性的认识和直观的验证, 加深对信号与系统原理的理解。

参考文献

[1]王明武.MATLAB在信号与系统教学中的应用[J].机械管理开发, 2013.

[2]刘长甲, 袁新生, 叶刘祥.MATLAB在信号与系统复频域分析中的应用[A].2006.

[3]彭燕标.浅析MATLAB在信号与系统课程教学中的应用[J].张家口职业技术学院学报, 2005.

[4]胡涛.信号与系统中MATLAB的应用方法研究[A].2010.

控制系统中的信号 篇5

[1]

一、MATLAB 语言的特点

MATLAB是一套用于科学工程计算的可视化高性能软件, 是一 种交互式的以矩阵为基本数据结构的系统, 具有强大的矩阵运算 能力。MATLAB中的工具箱和图形显示功能, 有利于直观、方便地 进行分析、计算和设计工作。MATLAB的信号处理工具箱为信号分 析与处理提供了强大的应用处理函数库, 已成功地用于 “信号与系 统” 课程的问题分析、实验、滤波器设计 及计算机模拟等工作中。

针对 “信号与系统” 课程内容的特点, 利用MATLAB的信号处理 工具箱和图形处理及数据可视化, 教师可以将结论直接用图形来演 示, 从而让学生对抽象的概念和定理以及结论有直观的认识, 并加 深对一些重要概念的理解;同时, 学生也可以亲自动手进行课题设 计 , 从而激发学习兴趣和增强借助计算机解决实际问题的能力。

二、信号与系统仿真实验设计 1.针对课程中难点的实验范例

在 “信号与系统” 课程的教学中, 信号的傅里叶级数的概念可 以说是学生遇到的第一个难点。为 了让学生更好地理解周期信号可 以分解成N次谐波分量的叠加, 我们以周期矩形脉冲为例来说明取 有限次谐波分量合成逼近周期矩形脉冲信号。[2] 周期矩形脉冲信号 如图1所示。这里A=1, T

0=2, τ=1, ω0=π, 根据傅里叶级数公式 由前N次谐波合成的信号近似波形为

则可以利用M ATLA B程序画出前N次谐波合成的信号近似波 形, 如图2所示(图中N分别为3, 7, 30。

从结果中可以看出当所取谐波次数足够多时, 合成结果与周期 矩形脉冲逐渐逼近;同时, 图中间断点处始终出现约9%的过冲, 也 很好地反映了吉布斯现象。

2.信号与系统仿真实验设计

在传统的 “信号与系统” 教学过程中缺乏实验环节, 学生很难 将学习到的理论知识与实际结合。针对这一问题, 我们根据 “信号与 系统” 课程的特点设计了8个基于MATLAB的仿真实验。仿真实验内 容有:信号波形绘制及基本运算;信号的卷积运算;周期信号的频 谱分析;非周期信号的频谱分析;信号调制与解调;系统的频率响 应;连续系统的复频域分析;离散系统的Z域分析。这些实验内容是 按照由浅入深的原则安排的, 既有基本概念、基本理论的验证性实 验也有设计性实验。

三、信号与系统虚拟实验平台设计

笔者借助MATLAB交互式工具GUIDE 制作GUI图形用户界面。

[3] 在与传统教学相结合的基础上改善教学环节, 使用户能够灵活、细致、直观、充分地利用计算机的优势, 解决信号与系统以及数字 信号处理本身具有的诸多难题, 如概念抽象, 算法理论性很强, 运 算量大且繁琐, 学习者难以亲手验证等。实验平台的总体界面如图 3所示。

主界面主要是 “DSP(数字信号处理 虚拟实验系统” 的简介及 进入某一特定实验的三个按键。对于信号的频谱分析和滤波器的 设计两个实验项目, 依据信号处理的一般模式需要, 又可以具体分 为离散时间信号的频谱分析、连续时间信号的频谱分析、模拟滤波 器的设计和数字滤波器的设计。这些实验都以独立菜单的形式设

MATLAB在 “信号与系统” 课程教学中的应用 张国琴

摘要:针对 “信号与系统” 课程的特点, 将MATLAB软件引入教学中, 激发了学生学习“信号与系统” 课程的兴趣, 加深了学生对抽象理论、概念的理解。同时设计 了基于MATLAB的信号与系统仿真实验系统, 取得了良好的教学效果。

关键词:信号与系统;MATLAB;仿真实验

作者简介:张国琴(1977-, 女, 内蒙古通辽人, 武汉纺织大学电子信息工程学院, 讲师。(湖北 武汉 430073 基金项目:本文系湖北省教育厅高等学校省级教学研究项目(鄂教高[2006]23号、立项编号:20060294 的研究成果。中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011 07-0077-01 DOI编码:10.3969/j.issn.1007-0079.2011.07.037 图 1 周期矩形脉冲信号

图 2 有限次谐波分量合成周期矩形脉冲信号

(下转第 79页

法主要采取分组讨论的方法, 以4人为一个小组, 按题目要求完成实 验, 完成之后老师进行检查, 按完成情况给小组打分。

5.教学评价方案的设计

教学评价方案采取了课程考核的形式, 如表2所示。重点考查 学生知识掌握的情况、技能应用情况及学习态度问题, 应重点侧重 于技能和知识的掌握情况。

表 2 课程整体成绩表

考核类型 成绩 权重 课程整体成绩 课程考核平时成绩 +项目测试 +考试成绩 20%+30%+50%100%

三、通过技能大赛提高学生应用单片机的水平

现在很多学校开展各种技能大赛以提高学生的动手能力。单片 机这门课程非常适合开展这种比赛。在开展该项技能大赛时必须得 到学校的资金支持。如购买单片机电路板、各种电子元件、单片机 的芯片等等。但是单片机成本较为低廉, 总共算下来每个学生所需 的成本大概为30元左右, 大概1000元的经费就可以举办一次单片机 技能大赛。

在单片机技能大赛中, 每位选手不仅可以亲自动手焊接电路 板, 而且可以认识各种电子元件, 如晶振、电阻、电容和发光二极管 等, 掌握如何把程序下载到芯片当中, 如何调试程序等等, 从而让 学生真正体会到学习单片机的乐趣。

四、成立单片机兴趣协会

现在高校中有很多协会, 如英语协会、普通话协会等。由于单 片机在机电行业中的应用非常广泛, 所以在机电专业中有必要成立 单片机协会, 通过协会可以积累一些设备, 并且由协会组织开展一 些学习单片机的活动, 让学生增强对单片机的学习兴趣。学校可以 对类似的协会进行资金和场地等方面的支持, 让这种和学习相

关的 协会能够传承下去。学校通过技能大赛可以从协会中选拔人才 , 这 对培养高素质技能型人才是至关重要的。

五、结束语

总之, “单片机及接口技术” 课程的教学改革应该由学校、教师 和学生三方面齐抓共管, 而不是仅仅依赖教师改变教学方法。该门 课程在企业当中应用广泛, 只有从根源上进行彻底的教学改革, 高 校才能培养出真正合格的专业技能型人才。

参考文献: [1]程兴国.基于 Proteus 和 Keil 构建的单片机虚拟实验室 [J].福建电 脑 ,2009,(1:135-150.[2]马刚 ,李向仓.用 Proteus 与 Keil整合构建单片机虚拟仿真平台[J].现代电子技术 ,2006,(24:122-127.[3]李芳,李家庆.基于 Proteus+Keil的单片机实验仿真平台[J].中国教 育技术装备 ,2009,(4:60-72.[4]曹建树 ,曾林春 ,夏云生.基于 Proteus 和 Keil 接口的虚拟波形发生 器仿真 [J].北京石油化工学院学报 ,2008, 16(3:15-19.[5]周灵彬 , 张靖武.单片机应用产品的 PROTEUS 设计与仿真 [J].今日 电子 ,2008,(1:64-65.[6]陈朝元,鲁五一.Proteus软件在自动控制系统仿真中的应用[J].系统 仿真学报 ,2008,(2:310-315.(责任编辑 :麻剑飞

计在对应的实验标题下面。点击相应的子菜单就可以进入虚拟实验 中。下面以模拟滤波器的设计为例来说明。

图4是模拟滤波器设计的界面。其中阻带衰减、通带波纹、通带 边界频率和阻带边界频率都是可以自行设置的。在滤波器类型下 拉菜单中有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等可供 选择。当以上参数和滤波器选择好后, 就可以点击生成滤波器的按 钮, 在左端的图形框中就显示出滤波器的图形。

在本实验软件中, 利用MATLAB提供的信号处理工具箱函数, 用具体实例说明了用MATLAB处理数字信号的方法, 涵盖了信号的 运算、转换, 滤波器的设计等信号处理技术。通过该实验系统可帮 助学生加深对 “信号与系统” 理论知识的理解, 加深对MATLAB功 能的认识。

四、结束语

“信号与系统” 这门课程是电子信息类专业的一门重要的专业 基础课, 对这门课程理论的掌握程度直接影响到后续课程的学习。因此我们将MATLAB引入到 “信号与系统” 课程中, 学生可以直观 地理解和领会课本中抽象的内容, 提高了学生的积极性和兴趣, 从 而极大地改善了教学效果。同时由于MATLAB易学的特点, 可以通 过课程设计, 让学生自己动手编写程序进行更多的实验, 从而提高 对讲课内容的理解, 激发学生的学习热情和钻研精神。

参考文献: [1]廖延娜.MATLAB 在 《信号与系统》课程教学中的应用 [J].西安邮电 学院学报 ,2009,(5.[2]陈后金 ,胡健 ,薛健.信号与系统(第 2版 [M].北京:清华大学出版 社 ,2005:139-142.[3]张志涌.精通 MATLAB[M].北京 :北京航空航天大学出版社 ,2003: 493-502.(责任编辑 :麻剑飞 图 4 模拟滤波器设计(上接第 77

控制系统中的信号 篇6

关键词：电网 监控信号管理 电力系统 监控

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0070-01

在电力系统调控一体化中，电力传输与其监督管理互相结合，这就要求监督控制信号工作的开展要以电网系统的实施操作情况为基础。因此，该文以一体化监控信号对电力系统监控的管理作为研究对象，通过对监控信号的名称规范与监控类别进行划定，在结合相关信号监控工作的基础上，对电力系统监控中，一体化监控信号的显示方式及其对异常信号的处理进行了详细分析。

1 监控信号的名称规范与类别划定

就现阶段而言，我国电力系统中监控信号的名称的表示方法为：N+V+E+S+I，其中N代表电力系统中的变电站名称，V为电压级别，设备名称和信号规范分别以E和S表示，I则表示间隔名称。监控信号名称的规范为：监控信号名称要与电力系统实际运行情况的表达反应相符，进而使信号监控的相关工作人员可以系统地掌握当前电力运行的具体情况。

以方便信号监控工作人员对电力系统的监控工作为原则，可将监控信号划分为如下三类：（1）由于操作不规范或设备自身出现故障而导致的电网运行不正常的监控信号；（2）反应电网内部的一二次电气设备运行不正常以及设备自身运行状况出现变动的监控信号；（3）体现电力系统中电气设备的运行模式与运行情的监控信号[1]。

2 信号监控工作简述

监控信号的分析与处理是电力系统调整与控制一体化的关键性工作，是实现电力系统调控一体化的重要保障。由于监控信号管理设备每天会从电力系统运行设备中获取数以万计的监控信号，要实现对全部信号的监控与管理是不现实的[2]。因此，如要确保体化监控信号管理效率的高效性，就应对系统所获取的相关信号进行科学划分，进而提高电力系统运行的安全性和稳定性。

2.1 即时信號监控

所谓即时信号监控是指在负责信号监控的工作人员对电网的全部监控信号进行类别划分的基础上，对部分关键和紧急的第一、二类信号进行及时分析并处理。然后，通过所收集到的一、二类信号判断出当前电力系统的实际运行情况，在对整个系统运行过程中容易出现安全隐患部分进行全面收集和分析后，将相关结果传递给系统维护人员，进而为电网调度方面工作的开展提供可靠的信息来源。

2.2 后台信号监控

通过一体化监控信号管理系统，可以实现对历史信息监控信号的后台处理与分析。监控信号管理在电力系统中后台信号的监控，在保证了监控信号真实性和广泛性的同时，也通过对以往电力系统的安全隐患进行的综合分析，提高了故障防护和应对措施的针对性。

3 一体化监控信号在电力系统监控中的显示区域及方式

对电力系统监控中一体化监控信号的显示区域及信号在各区域中的显示方式进行综合分析是提高整个电力系统调控监管效率的必要手段。下文就一体化监控信号在电力系统各区域中的显示方式展开了详细说明。事故信号区：在该区域内通过将电网设备因故障而跳闸以及影响变电站安全运行的信号进行显示，以便为监控人员提供系统故障成因的合理分析。开关事故跳闸区：该区域主要显示电力系统中各项开关的位置在非法操作时的变位信号。状态信号区：电气设备运行状态的信号在此区域得以显示。遥测越限区：若线路负荷、电压、电流以及功率和温度等遥测信息超出了正常使用限度，则监控信号便会在遥测越限区域显示出来，以便为系统维护人员提供相关的越限信息。最后便是一体化监控信号显示的综合区域，即综合信号区。整个电网的远动信号、试验信号以及AVC（高级视频编码）事项信号均会经由该区域显示到电子屏幕当中，进而为电力系统的综合维护提供可靠而有力的综合信号信息。

4 电力系统监控中一体化监控信号对异常信号的管理

4.1 操作伴生信号

所谓操作伴生信号是指当相关电力设备的运行情况出现变化时，监控系统随之出现的一种随设备运行情况的变化而变化的类别信号。由于此类信号具有复位较快的特征，因此，在实际监控中具有较大困难。在电力系统运行中，需要采用过滤伴生器来对此类信号进行屏蔽和隔离，具体的隔离原理为：若监控系统接收到具有伴生信号的相关电力信号，则主程序便会将此类信号先置于缓存区，如果系统在较短的时间里（一般为3～5 min）获取到了信号的归复事宜，便不会将此信号送出。若在短时间内未获取到此信号的归复事宜，则会将该信号显示在系统的状态信号区，以便为工作人员对此类信号的处理提供可靠的信息支持[3]。

4.2 设备定值不科学的信号

由于电力系统部分保护装置自身所具备的返回值以及启动定值同监控信号参数规范化运行值出现重合，使得相关设备在运行过程中发出异常信号。针对这一问题，在充分了解监控信号的基础上，电力系统的监控管理人员需要与保护设备定值调整的工作人员进行协商，并就设备当前的定值进行合理调节，从整体上预防并解决设备由此产生的异常信号的问题。

综上所述，在电力系统中做好对相关电力信号的监控工作，并以此确保电力系统运行的安全性和稳定性是推动电力产业发展并满足人们用电需求的前提。电力系统应在保证其自身供电质量的前提下，通过一体化监控信号管理的实施提高其自身的安全性能，并通过监控信号管理的相关措施，提高系统对各个异常信号的处理能力，确保用电安全。

5 结论

该文通过划定监控信号的名称规范与类别，并结合电力系统的实时信号监控与后台信号监控，从开关事故跳闸区、事故信号区以及异常信号区和遥测越限区等方面对一体化监控信号管理对电力系统的监控区域和显示方法进行了分析，在此基础上，又对电力系统监控中一体化监控信号对操作伴生信号与设备定值不科学信号的处理方法展开深入探讨。可见，未来加强一体的监控信号管理在电力系统监控中应用的研究力度，对于促进我国电力产业发展具有重要的历史作用和现实意义。

参考文献

[1]蔺慧.基于电力系统调控一体化监控信号管理探讨[J].科技创新与应用，2013，10（12）：162.

[2]廖代英.人工技能技术在电力监控中的应用[J].广东科技，2013，11（9）：117.

Matlab在信号与系统中的应用 篇7

1.1 Matlab基本概述

Matlab是由美国mathwork公司研制, 一种具备了交互式的程序设计以及可视化、科学计算的高科技计算机环境。其中主要技术包含了数值分析、工程绘图、控制系统的设计、数字图像处理、数字信号处理等。它集聚了丰富的应用工具箱为一体, 构成了一个方便且界面友好的用户平台, 同样也是适合应用于多种硬件平台的数学计算应用软件。

1.2 信号与系统基本概述

信号与系统是现代大学院校当中通信系、电信系等专业的较为核心的基础课程其中主要是涉及到了信号分解以及系统分析。同时该门课程的学习又以高等数学和工程数学作为基础, 当中较多的计算与推导, 涉及到诸如微积分方程、差分方程求解、卷积、多项式求解等基础类知识, 而该门课程的开展也是为了对后续专业课程“通信原理”等课程的奠定基础。

2 Matlab在信号与系统当中的实际应用

在信息与系统当中时常会出现对于图形的绘制以及数学类课程基本知识点的运算。Matlab的指令表达式与数学、工程中所使用的表达公式相似, 在信号与系统当中Matlab的应用更是屡见不鲜。而其中主要的实践应用方面如下。

2.1 Matlab在处理复杂模型中的应用

在信号与系统的实践探索当中, 经常会遇到复杂类的结构图, 需要我们根据系统当中的模拟框图秋种系统的函数, 一般情况下, 我们会运用到关于梅森公式对其进行求解, 但其中的计算过程尤为的复杂小步骤的失误都会导致计算结果全部出错。而在Matlab当中提供了类似的公式求解, 并且在求解的过程当中, 准确性高。在复杂的结构框图当中定义好了G1, G2G3…为过通路增益, Q为输入的前提下Input为输入所加入的通路编号, Outputs为输入所加入的通路编号, 一般调用connect和append函数命令来实现。公式如下。

将其中的模块中的各个通路编号进行排序, 再将各个未连接的模块利用append命令得到的系统矩阵。设定好其中的连接关系, 最后再用connect函数命令实现构造整个系统的模型。

2.2 Matlab在信号卷积积分中的应用

信号卷积积分是用于连续信号与系统时域分析的有利方法, 其中涉及到的领域有超声波诊断、光学原理成像、系统辨识等。随着Matlab信号与系统深入计算行业的发展, 其在信号处理上的应用也越为广泛。

在实际的应用当中, 计算过程包括了变量的代换、反褶, 然后进行平移, 得到了两个连续时间信号f1 (t) 和f2 (t) , 最后卷积积分f (t) =f1 (t) ×f2 (t) 。虽然以上的过程都能以手工的方式去完成, 但是对于计算过程繁琐且考虑到效率的问题, 再加上需要时间间隔采样后得到的离散序列的卷积和, 所以运用Matlab更能准确地绘制出卷积积分信号的时域波形。

2.3 Matlab在信号分解与合成中的应用

在信号与系统的概念当中有一些诸如滤波、调制、频谱的基本点, 若采用以往的方式难以理解, 而利用到Matlab软件可以将抽象的概念较为的生动形象化。

在一个周期的方波信号到达的时候, 通过解析法人工求解出其中的三角形式的傅里叶级数, 但这样的方式是不太直观的, 但是若在此利用到Matlab编程实现的歌词谐波的叠加的波形图的话, 通过直观的表达。

在叠加的波形图当中, 分量越多, 合成的波形周期越接近本来的样子。而通过比对未受噪声与受噪声污染的信号的时域波形与幅度谱, 找出波形图中的尖峰, 可以非常清晰地观察周期方波信号的分解和合成的现象。

2.4 Matlab在系统S域分析当中的应用

在实现连续时间系统的S域分析当中通常目的是为了求出系统函数的零极点分布图, 以及单位冲击响应图图形、幅度平率响应时间图形的绘制。在常规的画法当中学生在根据题意绘制图形时, 总会带来一些不必要的麻烦, 其中就有关于对于坐标范围的选定, 坐标范围的选定会影响极点的运算结果个数。在利用Matlab画图形时首先设定其中的系统函数H (t) , 然后通过调用pzmap (sys) 函数命令画出系统的零极点分布图, 然后利用impulse () 和freqs () 函数命令求出冲激响应以及频率响应绘制在图形上。简单明了的交互式的应用软件科学计算界面, 给绘图带来了很多的便捷。

3 结语

Matlab软件的诞生, 在信号与系统的应用当中是至关重要的。作为现代比较流行的一种高科技应用软件, 特别是在数据的计算、信息的处理、图像的绘制尤为的优点突出。在其深入浅出地分析各种信号特性和各种参数特性的同时, 利用相对应的公式进行精确的求解, 并在最后通过绘制图形表现出来, 将信号与系统中系统分析、信号处理等多种概念性的理论可视化, 直观化。通过这样的层面, 舍得计算和分析信号与系统更加高效, 便捷。

摘要：Matlab作为目前国际上最流行的工程类应用软件, 较为广泛的应用于财务分析、计算机技术、图像信号处理、汽车行业、语音处理等多种工程性行业当中。信息与系统是现代大学院校当中通信工程系、电信系等专业的必修课程, 其中理论性的知识较强, 概念知识点较多, 再加上系统分析当中的时域图与频谱图难以绘制, 所以Matlab的出现给信号与系统的实践带来了很多便捷。本文主要介绍在Matlab和“信号与系统”的基本概述, 以及详细阐明Matlab在信号与系统中的实践应用。

关键词：Matlab软件,时域图,频谱图

参考文献

[1]刘波, 文中, 曾涯.MATLAB信号处理[M].北京:电子工业出版社, 2006 (1) .

[2]张德丰.Matlab数值分析与应用[M].北京:国防部工业出版社, 2007 (1) .

浅谈CBTC信号系统中的通信冗余 篇8

在CBTC通信中, 浅谈冗余性在以下层次展开:

·底层硬件冗余;

·应用层通信冗余;

·骨干网与无线AP冗余。

1 底层硬件冗余

1.1 控制中心硬件冗余

轨道交通线路的大部分指挥调度, 及与外部接口通信的只能集中在控制中心, 因此控制中心的冗余性设计应考虑周全。有条件的城市可采用在正线或线网中心设置多线共享的主用控制中心, 在车辆段信号楼设置备用控制中心, 实现控制中心的物理冗余。

控制中心集中了大量关键的中央级设备, 冗余性上也细分了多种类型:

核心设备双机热备、重要设备多台共存、单机设备网络冗余。

信号系统与其他系统, 如主时钟、FAS、BAS、SCADA、大屏、无线列调、综合监控、COCC等接口在条件允许的情况下, 均应确保通信冗余。

1.2 车载硬件冗余

CBTC车载设备通常采用三取二, 或2×二取二的安全计算机, 相应的通信设备部署在列车两头的驾驶室, 采用两头同时工作的方式传送数据报文。车载安全计算机的车—地通信数据由两头驾驶室内的车载无线控制单元同时收发, 可以有效避免单头通信设备故障导致的列车停驶情况。

1.3 轨旁硬件冗余

轨旁计算机联锁系统, 以及移动授权单元, 通过冗余的车站内局域网, 经过两台安全机密设备和交换机, 接入骨干网。

联锁设备一般采用2×二取二结构, 其配备的两台通信前置机负责对外通信。移动授权单元可以是2×二取二, 或三取二结构, 至少保证两路对外通信链路均可收发指令。设备集中站一般设置多套ATS工作站及维修工作站, 非设备集中站一般要求只监不控, 因此按需设置1套即可满足运营要求。

2 应用层冗余

CBTC各应用软件均应具有通信重发机制, 依靠识别发送序列号和接收序列号判断是否存在丢包情况。安全命令可采用两次发送确认的方式加强安全性。

尤其是安全报文的通信协议应做到远程通信设备的时钟与本地设备时钟的校验, 设置合理的报文生命周期, 避免错误的处理已经过时的信息。CRC校验的位数应在64位以上, 确保高强度的数据校验, 并对核心数据采用IPSec加密处理。

3 骨干网与AP冗余

3.1 工业以太网冗余技术

信号系统项目中, 轨旁骨干网可采用工业以太网、SDH或OTN等冗余自愈网络。而其中工业以太网技术由于结构简单、易于扩展、造价低廉、维护方便的优势逐渐成为主流布网方式。工业以太网的骨干网络通常环型自愈单模光纤网络, 或双总线型骨干网络, 可以容忍单点故障及某些多点故障情形。对于目前较流行的工业以太网组网方式, 主要有单环双交换机, 及双环单交换机组网, 这两种方式各有利弊, 总体可靠性差别不大。

3.2 无线AP冗余的原则

3.2.1 无线AP覆盖冗余

无线CBTC系统DCS中的无线网络部分, 提供了轨旁AP和车载电台MR的冗余设计, 实现了无线覆盖的冗余和无线链路的冗余, 从而大大提高了系统的抗干扰能力。

MR随着列车在整个系统的无线覆盖区间内移动, 与轨旁的AP (通常是与信号最强的AP) 建立空中信道, 并利用该信道传输列车运行状态和控制信息。

系统的每一个AP都具有一对高增益天线, 每个天线各指向轨道的一个方向, 以供列车双向运行通信。每个天线的类型、增益以及精确位置, 是由轨道的物理特性并经仔细的链路预算和无线勘测后决定。

AP采用冗余的无线覆盖, 每个AP单方向的无线覆盖范围是AP间距的两倍。确保在轨道上任意一点, 也即是列车的任意一头在线路上任意一点至少可以同时收到相邻的至少2个轨旁AP点的信号。

在此理想状态下, 列车将同时拥有4条可用的无线通信链路。而相邻AP由不同的UPS供电回路来供电, 确保单路电源失电的情况下车头与车尾MR仍可与至少1个相邻的AP建立无线连接。

3.2.3 无线AP频率冗余

CBTC对无线通信的依赖度相当高, 近年来无线通信受干扰逼停列车的时间屡屡发生在某些线路, 也是由于在设计阶段没有充分考虑频率规划的合理性, 盲目开工追求进度, 事后运营中往往出现干扰严重, 列车走走停停的现象。

DCS网络的无线部分采用AP无线自由波传输方式, 主流信号集成商采用DSSS直接序列扩频, 或FHSS跳频扩频。目前以实际应用效果及专业测试机构进行的测试结果比较来看, FHSS技术在抗干扰能力方面更胜一筹, 技术指标明显优于DSSS技术。

FHSS技术可以提供高达79个无线频率信道。每个无线信道的载波频宽为1MHz。FHSS技术共有3个跳频组, 每个跳频组含有26种跳频序列, 这样共计有78种完全不同的跳频序列可供AP使用。车地之间进行无线数据通信时, 载波频率将以伪随机序列进行高速的跳变。FHSS技术的使用使其能很好的抵抗外部无线干扰, 并能够在隧道内和隧道外可靠工作。

4 结束语

CBTC信号系统中通信冗余性的研究对提高城市轨道交通整体运营效率具有重要意义。通过冗余的底层硬件、应用层、无线传输技术及工业以太网, 构成了现代CBTC通信系统冗余性的基础, 为上层应用提供了高可用性的通信保障。

摘要：本文介绍了目前主流的CBTC采用的通信冗余机制, 设备构成和实现方式。分析了影响CBTC通信的底层硬件、应用层以及骨干网与AP的冗余性。

关键词：CBTC,通信,冗余

参考文献

[1][美]MattbewS.Gast著.802.11无线网络权威指南[M].北京:清华大学出版社, 2002

[2]肖贺, 管海兵, 宦飞.工业以太网冗余技术分析[J].信息安全与通信保密.2012 (03) .

[3]舒安洁, 李开成.CBTC系统信息安全传输的研究[J].微计算机信息, 2006 (07) .

[4]龙隆.基于IEEE 802.11协议的无线局域网分布式功率控制研究[D].上海交通大学, 2008.

控制系统中的信号 篇9

城市轨道交通信号系统是城市轨道交通自动化系统的关键部分, 是保证列车和乘客安全, 实现列车运行高效、指挥管理有序的自动控制系统, 其核心是列车自动控制系统 (ATC) 。ATC系统的制式、技术标准、技术水平直接影响城市轨道交通发展的规模和速度。进入21世纪, 我国把发展城市轨道交通作为拉动国民经济、特别是大城市持续发展的重大战略。西门子等国外公司纷纷将自己先进的信号系统引入到中国城市轨道交通中。

2 信号控制系统的构成

西门子城市轨道交通集成信号系统方案是安全的、可靠的、先进的、有效集成的列车自动控制系统 (ATC) , 它由3个主要的子系统组成: (1) 列车自动监控 (ATS) ; (2) 列车自动防护 (ATP, 故障安全) , 包括计算机联锁系统 (故障安全) ; (3) 列车自动运行 (ATO) 。

可以满足高速度, 高密度, 和不间断运行的要求。西门子信号控制系统的结构采用模块化设计, 硬件、软件实现了标准化设计 (如下图1) 。主要功能的模块之间使用标准接口, 实现连接通信模块的各种器件, 微处理器等使用标准化部件。VICOS使用SUNWORKSTATION, 通过总线连接的控制区域, 可以随意增加, 为工程项目延伸和扩展线路共用给予技术支持。SICAS和ATP安全相关设备通过冗余实现高度可靠性, 并采用故障———安全原则实现运输安全;独立于硬件的软件开发保证了软件具有广泛的适应性;整个开发过程遵循欧洲CENELEC标准。这些面向未来的设计, 便于运行系统扩展, 以便于信号系统维修。

西门子公司为满足中国市场需求, 将ATC系统做了适合中国国情的产品开发, 例如: (1) 功能适用于中国的运营和安全要求 (例如:进路/迂回进路的设定;顺序显示;故障和报警) ; (2) 功能适合中国的标准和规范, 且通过了中方的验收 (例如:侧面保护;二级侧面保护;可由用户设定的保护区段延迟) ; (3) 中文的用户界面接口受到操作人员的普遍欢迎。

西门子公司地铁信号系统的基本配置由下列主要产品组成: (1) 带有中央和本地操作设备的VICOS OC系统; (2) LZB 700M ATP/ATO系统-久经验证的、成熟的连续列车控制系统; (3) SICAS故障安全和高可用性的微机联锁。

为了分级实现, 三套子系统SICAS/LZB/VI-COS被分为四级 (如图2) : (1) 集中和分散层分布在运营控制中心、车辆段控制中心和本地控制。VICOS OC 501在集中层实现运营管理。在车站控制室, VICOS OC 101执行本地控制层功能。 (2) 分布在沿线的轨旁层由SICAS和LZB700M系统组成, 它们一同执行全部的联锁和轨旁ATP功能。 (3) 轨道层包括信号设备FTG S、SYN同步环线和列车位置识别系统PTI, 以实现轨道与列车间的双向传输。 (4) 车载层包括LZB 700 M的车载ATP/ATO功能。

该系统能达到:停车精度控制在0.5m之内;速度监督避免越限运行, 间隔控制考虑最不利的作业情况而绝对杜绝列车碰撞, 遇紧急情况自动紧急制动停车, 全自动化使无需担心人为操作失误;经济策略下自动驾驶其节能达30%, 减少车辆损耗;能充分优化线路利用率, 缩短列车间隔, 使时刻表与每种行车情况精确匹配, 同时能达到90s的列车追踪间隔, 其运能比同类3min间隔的系统要高出一倍。

3 信号控制系统的技术特性

SICAS (西门子微机联锁系统) 作为成熟的联锁系统, 已经应用在世界许多的信号安装领域。SICAS是基于西门子故障安全、高可用性的SIMIS原理, 面向现代科技、面向将来扩展和解决方案的先进设计。该联锁系统的现代设计和安全数字总线通信的应用可使联锁系统的数量减至最低程度。将提供处理接车/发车, 进出车辆段的接口。SICAS系统的最大优点在于, 它显著地减少了现场测试工作量, 因为工厂测试时会对室外设备进行全面模拟。

LZB700M保证了列车的运行安全 (ATP) 和优化 (ATO) 的线路运营。配备3取2结构SIMIS微机的轨旁设备和2取2结构SIMIS微机的车载设备, 保证了信号的安全性和高可靠性。同时引入远端馈入式无绝缘编码音频轨道电路 (FIGS) , FIGS一方面用于检测轨道区段是“空闲”还是被列车“占用”;另一方面为占用轨道的列车传输报文信息, 实现ATP/ATO车载设备功能。FIGS这方面的作用在轨道的上下行两个方向都能实施。这种双方向性和多用途功效扩展了轨道的用途, 增加了列车运行的灵活性, 同时无需增加额外的信息传输设备, 起到既能节约投资又可以灵活使用轨道线路的目的。

在正常运行情况下, 西门子地铁信号系统的控制由位于运营控制中心OCC设备完成。用于OCC的VICOS OC 501系统可以按照监督/控制的系统规模按比例进行调整。甚至在OCC出现故障的情况下, 线路仍可由设于各联锁站的分散的本地控制台控制。

VICOS OC 101在本地控制台监控相应的联锁区域。自动操作功能在OCC层和车站控制层实现。按照车站值班员或OCC操作员发出的指令, 操作控制管理能在本地控制台或OCC之间实现转换。作为列车运行监督, 列车进入监控区域时, 由列车位置识别 (PTI) 系统识别。

VICOS OC 501系统、联锁和外部系统的各部件之间进行通信的网络, 视系统的复杂性和规模不同而变化。VICOS OC 501系统中的服务器和过程耦合单元 (PCU) 相互连接是通过一个以太网来实现的。以太网中的通信协议用的是TCP/IP。联锁通过PROFIBUS (过程现场总线) 与RTU相连。PROFIBUS的特点是具有很高的抗电磁干扰和过电压影响的能力。

4 信号控制系统的安全保证

该系统主要的安全性原理是: (1) 在安全相关功能和非安全相关功能之间保持一个清晰的区别; (2) 保持一个严格的控制层次, 其目的是a.安全相关功能不依赖于非安全相关功能, b.除特殊要求外, 非安全相关功能不能超越安全相关功能;c.在安全相关设备 (既执行安全相关功能, 也执行非安全相关功能) 和非安全相关设备 (仅执行非安全相关功能) 之间保持一个严格的区分;d.对安全相关设备使用故障-安全原则设计;e.当正常的防护控制不能使用时, 对列车运行控制使用严格限制的人工程序。

联锁功能、列车检测功能、ATC轨旁功能、ATC传输功能和ATP功能都是安全相关的功能。所有其他功能都是非安全相关的。上面提到的控制层次, 其某些实例如下:a. (安全相关) 联锁功能可以超越 (非安全相关) CTC功能的任何非安全命令, 关键命令可以除外;b. (非安全相关) ATO功能依赖于ATC环线, ATC环线认为是非安全相关设备, 但是 (安全相关) ATP功能不依赖于ATC环线;c. (安全相关) ATP功能可以超越 (非安全相关) ATO功能或司机的任何非安全行为。所有与安全相关的系统都得到了第三方德国权威机构“地铁公共运行安全”的认证, 该认证也得到了中国铁路权威机构的承认, 同时也得到了世界各地 (巴黎、斯德哥尔摩、香港、广州、印度和曼谷地铁等) 客户的认同。

结束语

西门子交通技术集团经过多年项目实施的经验积累和对中国铁路理念的理解, 提供了得到中国市场认可的产品。在中央控制中心、地面控制站、车载设备上的人机界面的等方面的设置适应中国的工作人员, 并备有培训中国技术人员的中英文教材。

面对我国城市轨道交通信号系统尚处于依赖进口、国产化进程滞后的现状, 笔者认为必须尽快提高我国信号装备的技术水平, 发展具有中国特色的城市轨道交通现代信号系统。

参考文献

[1]张济民, 吴汶麒.西门子的城市轨道交通信号控制系统分析[J].城市轨道交通研究, 1998, 3.

控制系统中的信号 篇10

1 电子测量系统中的噪声

1.1 电阻的热噪声

电阻是有一定的使用寿命的, 使用一段时间后, 电阻会老化, 即使将其静置, 在其两端也会有噪声电压出现, 也就是俗称的约翰逊噪声, 产生的原因是由于电阻内部的电子不规则热动。其产生电压如下:Vrms= (4KTRB) 1/2。其中, K所表示的是波尔兹曼常数, T表示的是绝对温度, B表示的则是测量带宽, R是电阻。可以采用低地阻达到减少噪声的目的。

1.2 与噪声接触

导体在互相接触的时候, 受到接触面的电导变化而出现不同的电压, 与频率成反比, 一般我们称其为1/f噪声。从测量的数据来看, 可以用Pf=KI2ln (fh/fl) 表示接触的噪声功率, k为常数, I是电流平均值, fh表示测量频段上限, 而fl则是下限。

从这一表达式可以看到, 所接触的噪声都可归类为有色噪声, 但同样预见性较差, 幅值同样呈高斯分布。接触噪声频率较低的时候, 功率密度也会增加, 当其趋向零的时候, 幅值接近常数。如果频率超过某个标准, 其噪声可以被忽略。为了降低这一过程中的噪声危害, 尽量要选取相同材质的材料, 降低通过的平均电流。

1.3 工频噪声

工频网的存在使工频电压、电流以不同的方式进入到测量的系统中, 进而对测量的准确性产生一定影响。处理工频噪声必须要结合其他谐波的噪声共同研究, 一同解决, 对此, 必须要做好接地工作, 保护环境, 加强屏蔽。

1.4 散射噪声

通常情况下的电流就是指离散的电荷流, 并不是真正意义的电流, 受到电荷量有限性的影响, 使得电流统计学出现变化, 如果没有互相影响的情况, 则可以将电流波动表示如下:Inrms= (2q Idc B) 1/2, q是电子电荷量, B是测量带宽赫兹, Idc是电流的平均值。散热噪声可以归类为高斯分布的白噪声, 采用滤波处理。

1.5 振动噪声

在测量电子系统振动的过程中, 可能会导致摩擦电、压电效应变形而导致的分布参数变化等噪声, 对振动噪声可以采取低噪声电缆进行抑制。

1.6 爆裂噪声

从其产生的原因来看, 是由于流过PN结电流突然变化, 同时半导体的杂质随机发射也可能导致爆裂噪声。如果利用声音放大装置将其放大, 会呈现类似爆米花的声音。该噪声属于电流型噪声, 因此, 只要减小电阻就可以在一定程度上避免这一噪声。

2 测量微弱直流信号系统中产生的误差

2.1 热电势

这是所有影响因素中最为重要的因素之一, 热电势受到接触电势与温差电势的共同作用而产生, 可以分为接触电势与温差电势两类。第一, 接触电势。一般情况下, 这一反应被称为帕尔贴效应, 是由两种不同的导体内部电子密度差在接触面上发生扩散而导致的, 受到温度影响较为明显。在进行测量的过程中, 如果遇到金、银、铅、铜等, 接触电势就会产生。第二, 温差电势。同一导体的两端温度差异十分明显, 处于高温端的电子会向低温端移动, 也称为汤姆逊效应。由于温度场的分布不均, 元器件内外温度的变化, 不同区域温度不同就会产生温差电势。由此可见, 当铜质材料连接状况不佳, 或是有被腐蚀的可能, 就会影响到微弱信息的测量准确性。为了降低这一负面影响, 可以选择同材质的连接材料, 降低热源温度, 减少误差。

2.2 电化学电势

电子测量系统部件的表面如果有焊渣, 使用者的手上有汗渍或者是潮湿的情况下, 在其表面都会有电解质驻留, 同时受到系统大量导体存在的影响, 就会产生电化学电势, 与热电势相同, 便于消除, 但信号输入回路的电化学电势影响消除难度较大, 所以应尽量保持表面干燥, 避免超时, 也可做喷涂设置。

2.3 介质吸收

当在电介质两端施加电压后, 其内部会出现极化反映, 如果来自外部的电压消失, 那么内部的极化反映就会消失, 这段时间内的电压会影响测量的结果, 为了降低这一影响, 可以采用相对效应较小的原材料。

2.4 电路放大失调导致的误差

经过放大器处理后, 无法达到匹配, 一定会导致失调电压与失调电流, 流经的电阻也会出现变化。运算放大器的失调信号在多数情况下要大于被测的微弱信号, 同时这一失调信号会受到时间与温度的影响, 这就要求在直流微弱信号测量过程中尽量选择低失调、低温度的运放。

2.5 其他误差

除了上文中提到的误差, 还有电源误差、共模误差与增益误差等, 对此必须要加强管理, 提高控制水平, 方可降低误差, 提高测量的准确性。

3 结语

在测量微弱信号的过程中必须要格外小心, 由于被测的微弱电压信号可能只有μV级甚至n V级, 被测微弱电流信号可能只有p A级甚至f A级, 如果信号降低到一定的程度, 必须要将所有的影响因素考虑其中, 最大限度地降低外界因素对其的影响, 减小误差, 提高测量的精确度, 保证测量的准确性。

参考文献

[1]陈新岗, 彭杰, 李树仿.基于PLC的XLPE电缆在线监测与故障诊断[J].重庆理工大学学报 (自然科学) , 2011, (05) :71-72.

[2]孟庆刚, 程广运.锂离子电池内阻在线监测系统的设计与实现[J].哈尔滨理工大学学报, 2009, (01) :104-105.