本文是一篇決策模擬論文，本文設計了集成整車控制邏輯的小型化、可視化、低成本具有列車故障專家系統(tǒng)并融入Unity3D技術(shù)虛實結(jié)合的城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置，著重對城鐵列車功能系統(tǒng)中的門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進行研究與設計。旨在為受訓人員提供一個真實可交互的調(diào)試環(huán)境。
第一章緒論
1.1課題的研究背景與研究意義
隨著《加快建設交通強國五年行動計劃（2023—2027年）》落地，要求深入實施交通強國戰(zhàn)略，而優(yōu)先發(fā)展城市公共交通成為各大城市推進交通強國戰(zhàn)略的核心內(nèi)容[1,2]。其中，城市軌道交通作為城市公共交通的主要組成部分，具有速度快、運能強、節(jié)能環(huán)保、準點舒適等突出優(yōu)點，是緩解城市交通壓力、推動產(chǎn)業(yè)與城市一體化發(fā)展、促進城市群經(jīng)濟增長的重要基礎設施[3]。根據(jù)交通運輸部發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，截至2023年末，全國共有55個城市（不含港澳臺）開通城市軌道交通系統(tǒng)，運營線路共計306條，總運營里程為10165.7公里，設有車站5897個。與2022年相比，全年的客運量顯著增長，增加100.4億人次，增長率達51.7%。城市軌道交通的運營里程、建設線路規(guī)模及客流量均居世界首位，確立了我國在全球城市軌道交通領域的領先地位，成為名副其實的“城市軌道交通大國”。
我國城市軌道交通建設正蓬勃發(fā)展，這不僅為市民提供了便捷、高效的出行方式，也成為城市現(xiàn)代化的重要標志。然而，在交通建設快速發(fā)展的同時，軌道交通行業(yè)人員緊缺問題日益凸顯，主要表現(xiàn)在對專業(yè)調(diào)試、運維技術(shù)人員需求量增多，同時對這些技術(shù)人員培養(yǎng)質(zhì)量的要求進一步提高[4]。目前，城市軌道交通制造廠商、運營公司及相關(guān)職業(yè)院校的專業(yè)實訓設備已經(jīng)老舊、落后，而經(jīng)過技術(shù)變革的城鐵列車更加智能化，現(xiàn)有設備已無法滿足當前的實訓需求。同時，任課教師普遍采用常規(guī)的理論講解和原車靜態(tài)實訓相結(jié)合的教學方式，雖然能夠幫助學生掌握專業(yè)技能知識，但由于缺少一定的實操經(jīng)驗，導致學習效果大打折扣，阻礙了調(diào)試、運維技術(shù)人員培養(yǎng)質(zhì)量的提升[5]。如何有效解決傳統(tǒng)培訓模式中存在的問題，保質(zhì)保量地培養(yǎng)城市軌道交通技術(shù)人員，是一個亟待解決的問題。
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1.2列車模擬裝置國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1國外研究現(xiàn)狀
自20世紀70年代初期起，歐美等西方發(fā)達國家開始了針對機車模擬實訓裝置的早期研發(fā)與系統(tǒng)設計工作，旨在培養(yǎng)高級工程技術(shù)人才[6]。相關(guān)研究表明，采用此類模擬裝置實施培訓的方法能夠有效地縮短培訓周期，較傳統(tǒng)方式最高可縮減30%至50%的時間投入，同時帶來高達60%的成本節(jié)約。鑒于上述成果及實際應用成效，模擬裝置在歐美等地區(qū)的城市軌道交通行業(yè)中逐漸確立了其作為行業(yè)標準培訓工具的核心地位，成為培養(yǎng)軌道交通領域?qū)I(yè)人才的重要途徑之一。
20世紀80年代初，美國鐵路行業(yè)開始使用TDA系列模擬裝置對列車駕駛員進行全面培訓，并逐步建立了完善的培訓框架與課程安排。例如，位于美國堪薩斯的TTC鐵路培訓中心自1993年以來，每年能夠完成對大約700名駕駛員的專業(yè)培訓活動。至1997年，美國在原有的基礎上進一步創(chuàng)新，研發(fā)出TDS-400交互式列車模擬實訓系統(tǒng)以及新一代TDA列車仿真系統(tǒng)，極大地增強了受訓者對復雜情況的應變處理技能和實際操控水平[7,8]。然而，這些系統(tǒng)的占地面積較大且其購置和維護成本相對較高。
20世紀80年代末，法國鐵路部門引入了列車模擬駕駛裝置，旨在通過模擬駕駛訓練提升司機的操作技能，以此降低鐵路行車事故的發(fā)生率。至1991年，已有36臺模擬裝置投入使用，顯著提升了駕駛員培訓的效率。隨著高速鐵路的發(fā)展，法國在近年來加大了對高速列車模擬駕駛裝置的技術(shù)研發(fā)和設備升級的投入，以適應高速鐵路時代的需求[9]。
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第二章城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置門控及輔助系統(tǒng)總體設計方案
2.1模擬裝置整體架構(gòu)
根據(jù)北京6號線B型8編組列車的系統(tǒng)功能原理、控制電路原理等為參照基礎，模擬實現(xiàn)城鐵列車的牽引制動系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、受電弓系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等設備功能，再現(xiàn)城鐵實車運行的控制場景。在模擬裝置的網(wǎng)絡系統(tǒng)構(gòu)建方面，集成了中央控制系統(tǒng)（CCU）、司機顯示單元（VMD）、遠程輸入輸出模塊（Remote IO）等關(guān)鍵設備，通過組件間的協(xié)同工作，為模擬裝置提供了強大的網(wǎng)絡控制和數(shù)據(jù)交互的能力。圖2.1為系統(tǒng)總體設計方案框架圖。

決策模擬論文怎么寫

城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置設計包含三個核心機柜箱：TC1車模擬機柜、TC2車模擬機柜（模擬城鐵列車的兩節(jié)車頭功能）及中間車機柜（集成了帶受電弓的MP1、MP2、MP3動車設備和不帶受電弓的M3動車設備）。為降低開發(fā)成本并優(yōu)化空間利用，刪除了功能相同的M1和M2車，僅保留具有代表性的M3車。司機端操作顯示單元配備人機界面，采用懸掛式的方式嵌入在TC1模擬機柜和TC2模擬機柜中，可以為受訓人員提供一個逼真的城鐵列車運行操作界面。
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2.2模擬裝置子系統(tǒng)功能原理分析與設計思路
2.2.1門控系統(tǒng)
模擬裝置門控系統(tǒng)主要由三個核心部分構(gòu)成：機械結(jié)構(gòu)、控制電路、人機界面。機械結(jié)構(gòu)由傳動裝置、鎖閉裝置、門裝置等關(guān)鍵部件組成，共同負責門的物理運動和鎖定功能?？刂齐娐贩譃殚_門控制電路、關(guān)門控制電路、牽引鎖閉電路、障礙物檢測控制電路等。人機界面作為交互窗口，集成了多種功能，包括門狀態(tài)顯示、門故障記錄、故障報警等，可以提供直觀且全面的門控系統(tǒng)狀態(tài)信息。
(1)門控系統(tǒng)總體框架設計
模擬裝置考慮到占地空間、設備造價等實際因素，僅設置兩個門控系統(tǒng)，通過1:5小比例縮尺，安裝在中間車機柜柜體的下部，代表列車左側(cè)車門和右側(cè)車門。門控系統(tǒng)正面裝有門結(jié)構(gòu)、門狀態(tài)指示燈以及蜂鳴器；頂端配備電磁鎖、螺旋機械傳動裝置以及與之相連接的編碼器。其中，電磁鎖負責在車門關(guān)閉時提供牢固的鎖定力，螺旋機械傳動裝置通過編碼器的精確控制，實現(xiàn)車門的平穩(wěn)開閉；背面安裝了電源模塊和PLC控制器單元，用于控制門控系統(tǒng)的相關(guān)動作。門控系統(tǒng)的控制按鈕和人機界面設置在TC1車和TC2車的司機端進行集成控制，從而確保操作的便捷性和監(jiān)控的全面性。當司機在操作端按下開關(guān)門指令按鈕時，PLC控制電路會根據(jù)列車當前的狀態(tài)向門控系統(tǒng)發(fā)送相應的控制指令。隨后，直流電機負責驅(qū)動傳動裝置執(zhí)行相應的操作指令，并將門控系統(tǒng)的狀態(tài)信息反饋到司機顯示單元，使得司機端操作人員能夠通過觸摸屏實時監(jiān)控門控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保列車運行的安全性和可靠性。
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第三章 城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置電路設計 .......................... 23
3.1 激活系統(tǒng)電路設計 ........................... 23
3.1.1 蓄電池激活電路 .................................. 23
3.1.2 司機室激活電路 .............................. 24
第四章 城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置軟件設計 ......................... 34
4.1 中央控制系統(tǒng)程序設計............................ 34
4.1.1 設備硬件組態(tài) ................................. 34
4.1.2 數(shù)據(jù)存儲傳輸程序設計 ........................... 35
第五章 城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置虛擬仿真系統(tǒng)的設計 ........................ 56
5.1 Unity3D 與 Blender 軟件簡介 ........................... 56
5.2 虛擬場景模型搭建 ............................. 57
第六章城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置調(diào)試與仿真
6.1硬件調(diào)試
(1)司機室激活系統(tǒng)電路調(diào)試：
閉合司機室激活斷路器=21-F01，在TC1車模擬機柜的司機操作面板中，將司機室鑰匙=24-A01打開至“ON”位，司機室激活繼電器=21-K01至=21-K10帶電，司機室激活成功。司機室激活成功后，需要確認TC1車操作端的列車司機室占用繼電器=21-K11和=21-K12帶電，TC2車非操作端的列車司機室占用繼電器=21-K11和=21-K12帶電，TC1車司機室占用成功。
(2)門控系統(tǒng)電路調(diào)試：
在司機操作面板中將門系統(tǒng)的控制開關(guān)81-S01旋轉(zhuǎn)至“左門位”，按下開左門按鈕=81-S10、=81-S11。左門系統(tǒng)收到開門指令，通過門裝置中的傳送電機、編碼器、門控PLC執(zhí)行開門操作。
(3)輔助供電系統(tǒng)電路調(diào)試：
列車上電激活后，按下升弓按鈕，受電弓升起，輔助供電系統(tǒng)啟動，人機界面實時顯示輔助供電系統(tǒng)工作正常狀態(tài)。按下輔助停機按鈕=33-S01，輔助供電系統(tǒng)停止輸出，人機界面顯示輔助供電系統(tǒng)為停機無輸出狀態(tài)。
(4)電熱系統(tǒng)與照明系統(tǒng)電路調(diào)試：
閉合司機控制面板中的電熱斷路器=63-F01，將電熱選擇開關(guān)=65-S01打開至‘HALF’半熱位置，電熱接觸器=65-K01得電吸合，將電熱選擇開關(guān)=65-S01打開至‘STOP’停止位置，電熱接觸器=65-K01失電斷開，半熱功能調(diào)試成功；將電熱選擇開關(guān)=65-S01打開至‘FULL’全熱位置，電熱接觸器=65-K01、=65-K02得電吸合；將電熱選擇開關(guān)=65-S01打開至‘STOP’停止位置，電熱接觸器=65-K01、=65-K02失電斷開，全熱功能調(diào)試成功。

決策模擬論文參考

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結(jié)論
針對我國軌道交通高速發(fā)展存在調(diào)試、運維人員隊伍嚴重短缺的現(xiàn)狀，本文設計了集成整車控制邏輯的小型化、可視化、低成本具有列車故障專家系統(tǒng)并融入Unity3D技術(shù)虛實結(jié)合的城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置，著重對城鐵列車功能系統(tǒng)中的門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進行研究與設計。旨在為受訓人員提供一個真實可交互的調(diào)試環(huán)境。論文主要完成工作如下：
(1)介紹國內(nèi)外列車模擬裝置的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，并結(jié)合我國軌道交通行業(yè)調(diào)試、運維技術(shù)人員短缺及城鐵培訓設備的情況，進行城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置的設計。
(2)對城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置總體設計框架進行介紹，明確門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)與照明系統(tǒng)的工作原理與設計思路及模擬裝置的網(wǎng)絡通信架構(gòu)，構(gòu)建故障專家系統(tǒng)，并對主要硬件設備進行選型。
(3)將門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)與照明系統(tǒng)進行區(qū)域化和功能化劃分，根據(jù)其工作原理進行主電路及相應功能電路設計。
(4)根據(jù)門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的工作流程，以電氣設計原理圖為基礎，確定信號的I/O通道分配，采用西門子PLC編寫相關(guān)邏輯控制程序，確保子系統(tǒng)按預定邏輯順序工作。使用MCGS嵌入版組態(tài)軟件進行上位機人機界面的設計，實現(xiàn)人機界面與中央控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，并實時監(jiān)控子系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
(5)根據(jù)門控系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的真實動態(tài)特性進行相應動畫的制作，通過Blender建模軟件進行三維模型的建立以及動畫制作部分，利用Unity3D強大的交互功能，將配置好的模型和動畫高度集成，并通過PLC接口，實現(xiàn)PLC設備與Unity3D虛擬場景的聯(lián)動控制。
參考文獻（略）