طراحي سيستم كنترل خودكار سرعت قطار با استفاده از كنترل كننده LQR؛ (مطالعه موردي: قطارهاي مسافري مشهد تا نيشابور)

افزايش ايمني و سرعت قطارها و كاهش مصرف انرژي در آن‌ها، همواره دغدغه اصلي در سيستم‌هاي حمل و نقل ريلي بوده است. در اين زمينه، سيستم‌ عملكرد خودكار قطار (ATO) مطرح گرديد كه وظيفه آن هدايت خودكار قطار بدون نياز به راهبر با حداكثر كارايي و ايمني است. در اين مقاله، هدف ارائه سيستمي است كه بتواند وظيفه هدايت خودكار قطارهاي مسافري از روي يك پروفايل سرعت آفلاين را بر عهده گيرد. براي بررسي دقيق‌تر، يك پروفايل سرعت از ايستگاه مشهد (مبدأ) تا ايستگاه نيشابور (مقصد) در نظر گرفته شده است. در اين پروفايل سرعت، دانش كارشناسان، قواعد كنترلي، وضعيت ايستگاه‌ها، زمان سير مطلوب و حداكثر مجاز سرعت و شتاب (حركت و ترمزگيري) لحاظ گرديده است. سپس مدل ديناميكي يك لوكوموتيو با پارامترهاي لوكوموتيو ER24PC زيمنس (ايران سفير) بيان شده و يك تنظيم كننده خطي مرتبه دوم (LQR) ، با هدف رديابي پروفايل سرعت و حداقل كردن تلاش كنترلي (در نتيجه حداقل كردن ميزان مصرف انرژي) براي آن طراحي گرديده است. شبيه‌سازي‌ها با استفاده از نرم افزار MATLAB انجام گرفته‌ و كارايي كنترل كننده پيشنهادي در برابر اغتشاش و تغيير جرم لوكوموتيو بررسي شده است. همچنين يك كنترل كننده PI با شرايط يكسان نيز به منظور مقايسه طراحي شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه هر دو كنترل كننده پروفايل سرعت را بخوبي دنبال مي‌كنند اما كنترل كننده LQR تا دو برابر كمتر از PI انرژي مصرف مي‌كند. با اعمال كنترل كننده طراحي شده بر روي يك مسير متفاوت (دامغان تا سمنان) و دريافت مجدد پاسخ‌هاي مطلوب، اعتبار نتايج مورد تاييد قرار گرفته است.