摘  要：针对国内列车停靠站台时比较混乱的现象，提出采用模糊控制来使列车停在确定位置以便乘客上车。基于模糊控制的基本原理，本文阐述了模糊控制器的基本结构和实现方法。

关键词　模糊控制 变量  模糊化 制动 裕量

1　引言　

　　列车运行应该严格遵守有关的限制速度,如线路、桥隧、信号容许速度,道岔、曲线、慢行地段限制速度,列车运行监控记录装置速度控制模式设定的限制速度规定等,而采用模糊概念进行模糊推理是人类思维的重要特征,该方法能够较好地模拟专家的思维和表达专家的知识,所得结论更具有合理性;同时,推理中将安全的概念与安全指数的定义直接相联系,所确定的安全指数值具有更直观的意义,因此把模糊控制运用在列车停靠车站制动控制系统中可以给我们带来很大的方便.

模糊控制不需要建立精确的数学模型，而是运用模糊理论将人的经验知识、思维推理，纯控制过程的方法与策略是由所谓模糊控制器来实现。

2 列车制动与系统分析

2.1.列车制动与列车制动距离
列车制动就是人为地制止列车的运动，包括使它减速，不加速或停止运行。对已制动的列车或机车解除或减弱其制动作用，则称为“缓解”。而本文所说的制动并非这样的制动，特指列车到站停靠站时的制动。从施行制动的瞬间起，到列车速度降为零的瞬间止，列车驶过的距离，称为制动距离。

2.2系统分析
列车制动专家系统是一个实时系统具有很多优点, 列车制动专家系统存储了列车制动专家级领域知识,包括理论知识和实验知识,具有人类专家级的知识水平和相当于人类专家的解决问题的能力; 列车制动专家系统可以存储列车的运行和线路状态,信号机配置的大量数据和参数，并在行车过程中实时采集列车运行的各种数据,与人类专家相比,计算更准确,计算速度更快,精度更高; 列车制动专家系统的工作不受时间、空间和地理环境的影响,运行效率高; 列车制动专家系统借用车载微机装置的文字、图形、语音等先进的多媒体手段,适时向司机提供列车制动的有关数据,提示、警告、指导司机操纵列车安全制动以达到列车安全而又有效运行.

3.模糊控制系统的组成 模糊控制系统主要由:输入输出接口、执行机构、检测装置、被控对象及模糊控制器.模糊控制系统的原理框图如图1

4.模糊控制器的设计

模糊控制器的设计主要是依据能熟练驾驶列车经验丰富的列车司机提供有效的经验和该领域专家的知识规律和参数,通过两者的综合考虑在实际运行中进行调整.

4.1模糊推理的基本形式
在形式逻辑中,推理有直接推理、演绎推理、归纳推理等形式.这里我们最常用的推理方法是演绎推理中的假言推理。假言推理的基本规则是:已知命题A蕴涵命题B,即A→B,现在有A,则可得结论B.

4.2模糊控制器的结构
模糊控制器的基本结构如下图2

模糊控制器国内应用最多的是二维模糊控制器的查表法.该法是将输入量(误差e、误差变化率  )的隶属度函数、模糊控制规则及输出量的隶属度函数均用表格来表示.输入量的模糊化、模糊规则推理和输出量解模糊化都通过查表实现.

4.3测量值的模糊化以及模糊变量的隶属函数
我国列车停靠站时至今并没有严格的停靠点，更谈不上规范控制。只是靠平时驾驶员的大概估计的位置，这样给乘车的乘客带来很大的不方便，造成乘客在站台盲目候车。本监控系统采用模糊控制使列车在一固定位置停靠站台。模糊控制器的输出u对位移的作用量程假设为[0 ， 360cm],对象以一固定停靠点作为0坐标，则对应位移误差量程为[-10cm,10cm]，假设E和Ec分别代表过程实际位移与给定位移的偏差和偏差变化率，则
位移偏差  E= g -  x
其中：g为给定值，x为实测值；
位移变化率：Ec=(Ei-Ei-1)/( ti-ti-1)= (Ei-Ei-1)/T
其中：Ei为本次偏差；Ei-1为上次偏差；ti为本次采样时间   ；ti-1为上次采样时间；T为采样周期。

假设偏差的基本论域为[a,b];把观测到的偏差e的变化范围转化为（c，d）之间变化的连续量，则采用获得的偏差的量化值可以用下式实现：

X=

式中e为直接观测到的变化量，X为量化后的变量，X取整数既可将偏差的论域[-10，10]转化为（-6，6）之间的点，通常人们习惯把（-6，6）之间变化的连续量分为8档，用语言变量描述为：
“正大”（PL）取+6附近；      “负零”（NO）取比零小的附近；
“正中”（PM）取+4附近；      “负小”（NS）取-2附近；
“正小”（PS）取+2附近；       “负中”（NM）取-4附近；
“正零”（PO）取比零稍大点附近；“负大”（NL）取-6附近。
以上8档分别对应8个模糊子集；同理，偏差变化率Ec经量化后可分为7档，即“PL、PM、PS、PO、NO、NS、NM、NL”.其模糊集可描述如下：
E=(PL、PM、PS、PO、NO、NS、NM、NL)
Ec=( PL、PM、PS、PO、O、NS、NM、NL)
将E、Ec的量化论域分别规定为14和13个等级，那么量化过后的模糊集为：
E=(-6、-5、-4、-3、-2、-1、-0、+0、+1、+2、+3、+4、+5、+6)
Ec=(-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、+1、+2、+3、+4、+5、+6   )
偏差及偏差变化率各模糊子集论域中各元素的隶属度如下面表1和表2所示：

4.4输出变量解模糊化

解模糊化是模糊化的逆过程，它把模糊推理得到的控制作用的模糊集转化为执行机构所能接受的精确量，由上数据，可得出与之相对应的模糊关系如下：
R=    i-j=将E、Ec子集中的各个隶属函数代入上式，由R取大运算可以得到如下的模糊关系

根据我们所得到的R，可求得任一输入为E时的控制作用U´=E´⊙R, ⊙按“∨∧”合成规则可求得控制输出。

4.4模糊控制表
根据经验“如果当前列车速度偏高,预测列车未来速度很高,则列车安全状态较差.”     “如果当前列车速度很高,预测列车未来严重超速,则列车安全状态很差”，通过该控制规则进行离线计算可获得模糊控制查询表，现在如表3所示。  

5.控制系统程序流程图

系统的软件主要有监控管理程序和模糊控制程序。其控制程序流程图如下图3所示：

 5.结束语

我国列车在不断的提速以满足交通的需要，通过提速同时也增强了列车在运输方面的竞争力，为了进一步增强列车的竞争力我们很有必要进一步完善列车运输的各个方面。在列车停靠站时要是有准确的位置，能方面我们乘客进站上车，也更能体现我们市民的良好素质、体现中华民族的优良传统。

参考文献

1　线性控制系统工程    ……………………………    Morris Driels 著 金爱娟 等译 清华大学出版社
2　控制系统的智能设计  ………………………………  吴麒   高黛陵 著             机械工业出版社
3　模糊集理论及其应用  ………………………………  陈水利 李敬功 王向公 编著        科学出版社                      

 4　智能控制工程及其应用实例 ………………………… 罗均 谢少荣 等编著           化学工业出版社 

5　机车安全运行专家系统   …………………………   蒋兆远 杜亚江 程瑞琪 等编著      科学出版社            

  6  模糊控制原理与应用     …………………………   诸静         编著            机械工业出版社   

7  列车制动计算           …………………………   张振鹏 金竹 饶忠  编著     中国铁道出版社社