信號系統(tǒng)與控制

高速鐵路信號系統(tǒng)是確保列車安全和高效運(yùn)行的關(guān)鍵裝備。然而高鐵信號系統(tǒng)面臨以下挑戰(zhàn)：硬件集成與軟件密集使得高鐵信號系統(tǒng)故障特征呈現(xiàn)非單調(diào)規(guī)律；高鐵信號系統(tǒng)及接口復(fù)雜使得風(fēng)險呈現(xiàn)出快速性、交互性與突變性；COTS部件作為黑盒產(chǎn)品安全舉證難度大。本項(xiàng)目針對上述挑戰(zhàn)展開三方面研究：1）高速鐵路運(yùn)行風(fēng)險失效耦合機(jī)理及時空演化規(guī)律；2）高速鐵路信號系統(tǒng)健康感知/管理與風(fēng)險防控；3）基于COTS的信號系統(tǒng)故障機(jī)理分析與安全保障。項(xiàng)目旨在解決高鐵信號系統(tǒng)“風(fēng)險耦合與演化”、“健康感知”、“COTS部件安全舉證與測試”三大關(guān)鍵科學(xué)問題，為我國既有高鐵信號系統(tǒng)以及下一代基于COTS部件的信號系統(tǒng)提出一套體系化的失效機(jī)理與風(fēng)險致因基礎(chǔ)理論，并建立適于我國高鐵信號系統(tǒng)的風(fēng)險防控體系與技術(shù)方法。

第一章　實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識

第1節(jié)　實(shí)驗(yàn)須知]

第2節(jié)　電路器件的標(biāo)識與測量方法

第二章　電路實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1　電路元件參數(shù)的測定

實(shí)驗(yàn)2　戴維南定理

實(shí)驗(yàn)3　疊加定理與置換定理

實(shí)驗(yàn)4　運(yùn)算放大器電路

實(shí)驗(yàn)5　一階電路的動態(tài)響應(yīng)

實(shí)驗(yàn)6　二階電路的動態(tài)響應(yīng)

實(shí)驗(yàn)7　串聯(lián)諧振電路

實(shí)驗(yàn)8　線性無源二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測量

實(shí)驗(yàn)9　三相交流電路的基本測量

第三章　信號系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1　周期信號的頻譜分析

實(shí)驗(yàn)2　線性系統(tǒng)的頻率特性

實(shí)驗(yàn)3　連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬

實(shí)驗(yàn)4　無源濾波器與有源濾波器

實(shí)驗(yàn)5　離散序列與系統(tǒng)的Z域分析

實(shí)驗(yàn)6　離散傅里葉變換與快速傅里葉變換

實(shí)驗(yàn)7　數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)8　混合信號的濾波

附錄1　實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備介紹

附錄2　MATLAB基本知識

附錄3　實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求和樣稿2100433B

高速鐵路信號系統(tǒng)是確保列車安全和高效運(yùn)行的關(guān)鍵裝備，然而高鐵信號系統(tǒng)面臨以下挑戰(zhàn)：硬件集成與軟件密集使得高鐵信號系統(tǒng)故障特征呈現(xiàn)非單調(diào)規(guī)律；高鐵信號系統(tǒng)及接口復(fù)雜使得風(fēng)險呈現(xiàn)出快速性、交互性與突變性；COTS部件作為黑盒產(chǎn)品安全舉證難度大。因此面對以上問題，項(xiàng)目完成了以下研究：項(xiàng)目構(gòu)建了基于經(jīng)驗(yàn)知識的危險源數(shù)據(jù)庫，建立了列控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的相關(guān)風(fēng)險特征模型及失效模型，探明了高鐵信號關(guān)鍵設(shè)備的特性突變與失效耦合機(jī)理，揭示高鐵信號系統(tǒng)失效風(fēng)險耦合機(jī)理與時空演化規(guī)律；建立了基于領(lǐng)域先驗(yàn)知識集的高鐵信號系統(tǒng)故障診斷模型，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)健康狀態(tài)感知；建立了形式化的高鐵信號系統(tǒng)安全需求模型，通過模型檢驗(yàn)和定理證明的方式驗(yàn)證了需求的一致性；建立了基于“安全核 故障樹”的風(fēng)險識別與失效危害度分析，保證基于COTS部件的高鐵信號系統(tǒng)的整體安全性；構(gòu)建面向既有高鐵以及下一代高鐵信號系統(tǒng)的風(fēng)險防控平臺，實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)險防控效果的評價。研究結(jié)果具體如下：在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊或會議發(fā)表論文71篇（含已接受待發(fā)表論文10篇），其中JCR1區(qū)論文15篇（包括IEEE Transactions on Vehicular Technology、IEEE Transactions on Smart Grid、IEEE Transactions on Industrial Information、Future Generation Computer Systems、Chaos等），其中ESI熱點(diǎn)論文1篇，ESI高被引論文3篇；申請國家發(fā)明專利10項(xiàng)，授權(quán)國家發(fā)明專利3項(xiàng)；共培養(yǎng)33名碩博研究生，其中碩士18名，博士3名；項(xiàng)目組成員2人次入選省部級人才計(jì)劃；項(xiàng)目成員以第一完成人身份，獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎1項(xiàng)、鐵道科技獎一等獎2項(xiàng)。項(xiàng)目故障診斷以及風(fēng)險防控的部分成果也在現(xiàn)場得到了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多起可能導(dǎo)致安全事故的設(shè)備故障預(yù)警，為現(xiàn)場運(yùn)營安全提供了有力保障，為高速鐵路信號系統(tǒng)的故障診斷與運(yùn)維保障的提供了重要的理論基礎(chǔ)。項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用于成都、昆明等鐵路局600余個站場，且延伸應(yīng)用于動車組監(jiān)測領(lǐng)域，有力保障了信號關(guān)鍵設(shè)備以及中車唐車公司運(yùn)營動車組的運(yùn)行安全，降低了運(yùn)維成本，創(chuàng)造了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B