轨道电路MATLAB仿真及应用+源码(2)

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1绪论
1.1 前言
在铁路信号系统中如何检测线路上是否有车辆占用是极其重要的。在铁路信号发展的初期，主要依靠工作人员的观察和判断来确定线路的占用情况，时有因观察和判断失误而造成车辆冲突事故。由于不能实时自动实现列车位置检测，也不可能实现信号控制的自动化，直到1870年美国人鲁滨逊发明了开路式轨道电路，1872年又研制成功了闭路式轨道电路，从此，自动，实时检查线路占用的课题才得到解决，用轨道电路将列车运行与信号显示联系起来，诞生了铁路自动信号，开创了自动信号的新时代。
轨道电路有了多种制式，现在它已不仅用来检查线路空闲，而且还可以用来向列车传输信息，成为机车信号和列控车载设备工作的基础。在我国及世界大多数铁路干线，轨道电路仍是主要的列车的位置检测手段，并且它的基本原理并没有改变[1]。
1.4 课题研究的目的与意义
轨道电路以一段铁路的钢轨为导体构成的电路，用于自动、连续检测这段线路是否被机车车辆占用，也用于控制信号装置或转辙装置，以保证行车安全的设备。传统上对轨道电路的研究是先将一段轨道电路分为若干个单位长度的单元电路(称为节)，这里单位长度可以根据研究方便程度而定;再对一个节的一些相关参数进行测定，通过这些参数可用硬件将一节模拟为一个集总参数的二端口网络模型，如此将若干个节的网络模型串后即可模拟一段轨道电路，从而可以对轨道电路的各种传输特性进行研究。这种硬件模拟的方法的突出特点是:比较直观，能直接连接发送和接收设备。但它也存在着一些明显缺点，比如当轨道电路长度较大(300m)而一节的长度较小(lm)时，为对整条轨道电路进行研究就必须把300个节的硬件模拟模型串接起来，这样做难度大、耗时长且在经济上很不合理。随着高速铁路和城市轨道交通的快速发展，采用长钢轨无缝线路的里程在逐年增长，而用轨道电路传输的信息，也由直流和工频电流发展为上千赫的音频电流。线路结构及传输信息的上述变化，必然导致轨道电路参数的相应变化。这就需要对轨道电路的传输特性有比较全面深入的分析。相对于上面传统的硬件模拟方法，可以利用软件的方法进行对轨道电路传输特性的仿真。这样不仅能够大幅度地缩短研究的周期，降低对各种相关技术如一些硬件制造的工艺的要求，同时相对来说，软件的方式较之于硬件的方式更易于掌握和操作。经过对比，仿真软件MATLAB是一种功能强大、精确便捷的仿真工具，同时该软件强大的图形输出功能[3]。通过MATLAB软件对轨道电路的传输特性进行仿真建模，对其一次参数和二次参数的频率特性进行分析，可以更加直观地体现了轨道电路各个参数之间的关系。可以作为以后轨道电路参数测量、调整的参考依据，便于日常的文护检修。也可以为轨道电路的设计和改进提供依据。
2轨道电路仿真理论
2.1 轨道电路原理
轨道电路是铁路信号自动控制的基础设备。利用轨道电路可以自动检测列车、车辆的位置，控制信号机的显示；通过轨道电路可以将地面信号传递给机车，从而可以控制列车运行。轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体，两端加以电气绝缘或电气分割，并接上送电和受电设备构成的电路。当两根钢轨完整，且无车占用，即轨道电路空闲时，电流通过两根钢轨和轨道继电器，使轨道继电器吸起，前接点闭合，信号开放。当列车占用轨道电路时，电流通过机车车辆轮对，轨道电路被分路。由于轮对电阻比轨道继电器电阻小得多，使电源输出电流显著加大，限流电阻上的压降随之增加，两根钢轨间的电压降低，流经轨道继电器的电流减少到它的落下值，使轨道继电器落下，后接点闭合，信号关闭。同时，当轨道电路发生断轨、断线时，同样会使轨道继电器落下。