Bulletin of scientific research results Bulletin of scientific research results Бюллетень результатов научных исследований 2223-9987 96643 10.20295/2223-9987-2025-1-72-87 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Application of a Low-Pass Filter to Reduce the Influence of Measurement Path Errors in the Automatic Speed Control System Применение фильтра низких частот для снижения влияния методической погрешности измерительного тракта в структуре системы автоматического управления скоростью Легкая Валерия Игоревна Legkaya Valeriya Igorevna tiger.rut@yandex.ru Российский университет транспорта (МИИТ) Москва Россия Russian University of Transport (MIIT) Moscow Russian Federation 25 03 2025 25 03 2025 2025 1 72 87 24 03 2025 https://atjournal.ru/en/nauka/article/96643/view

Цель: Выбор структуры системы автоматического управления скоростью электропоезда. Оценка влияния погрешности измерения скорости на динамику процессов в тяговом приводе. Обоснование применения и выбор структуры фильтра низких частот — фильтра Баттерворта. Определение совокупности критериев качества управления скоростью движения электропоезда. Решение задачи параметрического синтеза. Методы: Имитационного моделирования, теории автоматического управления, оптимизации. Результаты: Установлено отрицательное влияние наличия погрешности измерения скорости на формирование управляющего сигнала силы тяги и, как следствие, на протекание переходного процесса в тяговом приводе. В результате решения задачи параметрического синтеза системы найдены рациональные параметры пропорционально-интегрального с прогнозом рассогласования закона управления. Установлена зависимость изменения значений параметров закона управления от порядка фильтра Баттерворта. Выявлено, что с увеличением порядка фильтра требуется увеличивать его частоту среза. Установлено, что включение фильтра Баттерворта в структуру системы автоматического управления скоростью обеспечивает сглаживание высокочастотных составляющих в сигнале измеренной скорости. Практическая значимость: Разработана структура системы автоматического управления скоростью, учитывающая наличие методической погрешности измерительного устройства (импульсного датчика скорости). Полученные результаты моделирования показывают эффективность применения устройств фильтрации в структуре систем управления.

Purpose: To select an automatic speed control system of an electric train. To estimate the speed measurement error effects on the traction drive dynamics. To justify the selection and application of the low-pass filter, particularly Butterworth filter. To determine a set of quality criteria for an electric train speed control. To solve the problem of parametric synthesis of automatic speed control system. Methods: Simulation modelling, automatic control theory, optimizations. Results: Negative influence of speed measurement errors on the formation of the traction force control signal and, consequently, on the transient process in the traction drive has been established. As a result of solving the problem of the system parametric synthesis, proportionalintegral rational parameters with mismatch prediction of control law have been determined. The dependence of the value change of the control law parameters on the Butterworth filter order has been established. It has been revealed that with increasing the filter order it is required to increase its cut-off frequency. The inclusion of the Butterworth filter in the structure of the automatic speed control system has been proved to provide smoothing of high-frequency components in the measured speed signal. Practical significance: The structure of the automatic speed control system has been developed taking into account the presence of method error of the measuring device (pulse speed sensor). The simulation results obtained have shown the filters’ efficiency in the control system.

 Система автоматического управления фильтр Баттерворта качество управления имитационное моделирование параметрический синтез Automatic control system Butterworth filter control quality simulation modelling parametric synthesis

ГОСТ Р 70059—2022. Системы управления и контроля железнодорожного транспорта для перевозок пассажиров в пригородном сообщении: принципы построения и основные функциональные требования. — М.: Российский институт стандартизации, 2022. GOST R 70059—2022. Sistemy upravleniya i kontrolya zheleznodorozhnogo transporta dlya perevozok passazhirov v prigorodnom soobschenii: principy postroeniya i osnovnye funkcional'nye trebovaniya. — M.: Rossiyskiy institut standartizacii, 2022. Баранов Л. А. Принципы построения и модели системы автоматического управления вторым локомотивом при виртуальной сцепке / Л. А. Баранов, П. Ф. Бестемьянов, Е. П. Балакина и др. // Автоматика на транспорте. — 2022. — Т. 8 — № 4. — С. 377–388. Baranov L. A. Principy postroeniya i modeli sistemy avtomaticheskogo upravleniya vtorym lokomotivom pri virtual'noy scepke / L. A. Baranov, P. F. Bestem'yanov, E. P. Balakina i dr. // Avtomatika na transporte. — 2022. — T. 8 — № 4. — S. 377–388. Баранов Л. А. Система автоматического управления скоростью пригородного электропоезда / Л. А. Баранов, В. И. Легкая, О. Е. Пудовиков // Электротехника. — 2024. — № 9. — С. 81–88. Baranov L. A. Sistema avtomaticheskogo upravleniya skorost'yu prigorodnogo elektropoezda / L. A. Baranov, V. I. Legkaya, O. E. Pudovikov // Elektrotehnika. — 2024. — № 9. — S. 81–88. Блохин Е. П. Расчеты и испытания тяжеловесных поездов / Е. П. Блохин, Л. А. Манашкин, Е. Л. Стамблер и др. — М.: Транспорт, 1986. — 263 с. Blohin E. P. Raschety i ispytaniya tyazhelovesnyh poezdov / E. P. Blohin, L. A. Manashkin, E. L. Stambler i dr. — M.: Transport, 1986. — 263 s. Баранов Л. А. Влияние прогноза рассогласования на качество управления в замкнутых автоматических системах / Л. А. Баранов, О. Е. Пудовиков, Е. П. Балакина // Электротехника. — 2022. — № 9. — С. 8–15. Baranov L. A. Vliyanie prognoza rassoglasovaniya na kachestvo upravleniya v zamknutyh avtomaticheskih sistemah / L. A. Baranov, O. E. Pudovikov, E. P. Balakina // Elektrotehnika. — 2022. — № 9. — S. 8–15. Легкая В. И. Система автоматического управления скоростью с адаптацией к изменению режима движения электропоезда / В. И. Легкая, О. Е. Пудовиков // Исследование и развитие рельсового и автомобильного транспорта: сборник трудов международной научно-практической конференции. — Екатеринбург: УрГУПС, 2024. — С. 79–83. Legkaya V. I. Sistema avtomaticheskogo upravleniya skorost'yu s adaptaciey k izmeneniyu rezhima dvizheniya elektropoezda / V. I. Legkaya, O. E. Pudovikov // Issledovanie i razvitie rel'sovogo i avtomobil'nogo transporta: sbornik trudov mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. — Ekaterinburg: UrGUPS, 2024. — S. 79–83. Баранов Л. А. Модели и методы синтеза микропроцессорных систем управления скоростью электроподвижного состава с непрерывным управлением тягой / Л. А. Баранов // Вестник МИИТ. — 2004. — № 10. Baranov L. A. Modeli i metody sinteza mikroprocessornyh sistem upravleniya skorost'yu elektropodvizhnogo sostava s nepreryvnym upravleniem tyagoy / L. A. Baranov // Vestnik MIIT. — 2004. — № 10. Баранов Л. А. Микропроцессорные системы автоведения электроподвижного состава / Л. А. Баранов, Я. М. Головичер, Е. В. Ерофеев и др. — М.: Транспорт, 1990. — 272 с. Baranov L. A. Mikroprocessornye sistemy avtovedeniya elektropodvizhnogo sostava / L. A. Baranov, Ya. M. Golovicher, E. V. Erofeev i dr. — M.: Transport, 1990. — 272 s. Kotz S. Beyond Beta: Other Continuous Families of Distributions With Bounded Support And Applications / S. Kotz, J. R. V. Dorp // World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. — 2004. Kotz S. Beyond Beta: Other Continuous Families of Distributions With Bounded Support And Applications / S. Kotz, J. R. V. Dorp // World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. — 2004. Вадутов О. С. Электроника. Математические основы обработки сигналов: учебник и практикум для вузов / О. С. Вадутов. — М.: Юрайт, 2022. — 307 с. Vadutov O. S. Elektronika. Matematicheskie osnovy obrabotki signalov: uchebnik i praktikum dlya vuzov / O. S. Vadutov. — M.: Yurayt, 2022. — 307 s. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Пер. с англ. / Г. Лэм. — М.: Мир, 1982. — 589 с. Lem G. Analogovye i cifrovye fil'try. Per. s angl. / G. Lem. — M.: Mir, 1982. — 589 s. Баранов Л. А. Автоматизированные системы управления электроподвижным составом: учебник: в 3 ч. Ч. 1: Теория автоматического управления / Л. А. Баранов, А. Н. Савоськин, О. Е. Пудовиков. — М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. — 400 с. Baranov L. A. Avtomatizirovannye sistemy upravleniya elektropodvizhnym sostavom: uchebnik: v 3 ch. Ch. 1: Teoriya avtomaticheskogo upravleniya / L. A. Baranov, A. N. Savos'kin, O. E. Pudovikov. — M.: FGBOU «Uchebno-metodicheskiy centr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte», 2013. — 400 s. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. Пер. с англ. / Д. Химмельблау. — М.: Мир, 1975. — 534 с. Himmel'blau D. Prikladnoe nelineynoe programmirovanie. Per. s angl. / D. Himmel'blau. — M.: Mir, 1975. — 534 s.