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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이종성 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수
이종우
발행연도
2020
저작권
서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

철도 차량의 정밀한 운행 제어를 위한 Kalman Filter 기반 속도·거리 연산 알고리즘 개선에 관한 연구
이종성 철도전기·신호공학과 2020.01 학위논문
Kalman Filter를 적용한 속도·거리 연산 알고리즘 개선에 따른 차량제어 정밀도 향상에 관한 연구
이종성 ,  이종우 한국철도학회 논문집 2020.01 학술저널

초록· 키워드

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최근 철도 시스템은 급속하게 자동화, 무인화뿐만 아니라 고속화로 발전되면서 높은 운용 효율성이 요구되고 있으며, 승객의 안전을 보장하고 신뢰성을 확보하는 것이 더욱 중요해졌다. 이에 따라, 철도 차량의 속도와 주행거리의 정확한 연산이 필요하며, 차량의 위치 검지 정보의 정밀도와 신뢰성 향상이 더욱 필요하다.
철도 차량의 자동/무인 운전은 승객의 안전을 위해서 승강장에 설치되는 PSD (Platform Screen Door)와 정확한 연동 제어가 필요하며, 차량의 정밀한 정위치 정차가 절대적으로 필요하다. 철도 차량이 추진 제어 및 제동 제어를 수행하는 중에는 선로의 주변 환경에 따라 슬립과 슬라이드 현상이 발생하여 차량의 속도와 주행거리 연산에 오차가 발생할 수 있다. 따라서 차량의 정확한 속도와 이동 거리를 연산하기 위해서 슬립과 슬라이드 발생을 최소화하기 위해 추진력 및 제동력 제어의 패턴을 변경하는 방법을 적용하거나 차량 하부에 모래를 뿌리는 장치를 설치하여 슬립 및 슬라이드 현상의 발생 즉시 모래를 뿌려서 휠(Wheel)과 선로 사이의 점착력을 향상시키면서 슬립/슬라이드 현상에 따른 속도 및 이동 거리의 오차 발생을 보상하는 등 여러 가지 방법들이 제시되어 적용되고 있다. 그러나 이러한 방법들은 개선 효과는 있지만 철도 차량의 무인화 및 고속화에 적합한 안전성 및 운영 효율성을 확보하는 데는 한계가 있다. 그러나 차량의 안전한 운행을 담당하는 신호시스템의 기능인 정밀 속도 제어를 통한 과속 보호 기능 확보 및 정확한 이동 거리 연산을 통한 차량의 위치 연산 기능 확보가 더욱더 요구되고 있으며, 정밀한 속도 및 위치 확보는 차량의 안전성 및 운영 효율성 확보에 결정적인 역할을 한다. 본 논문에서는 차량 운행 중 외란에 의한 슬립 및 슬라이드 발생, 속도 센서의 고장 등으로 인한 차량의 속도 검지 및 이동 거리 연산의 정밀도가 저하되는 현상 발생 시 개선된 속도·거리 연산 알고리즘을 적용하여 정밀한 차량의 속도와 이동 거리를 산출하여 연산 알고리즘의 성능을 검증 할 것이다. 이러한 속도 및 이동 거리의 정밀도 향상은 차량의 정위치 정차 제어 정밀도 향상에도 기여하게 될 것이다.
본 연구에서는 Pulse Generator의 속도 센서 신호에 칼만 필터(Kalman Filter)를 도입한 알고리즘을 적용하여 차량이 주행 중 선로 주변의 환경 변화로 인한 슬립과 슬라이드가 발생하더라도 차량의 속도와 이동 거리 연산의 정밀도 향상 및 차량의 안전성을 확보하기 위한 방안을 제시하였으며, 시뮬레이션을 통하여 제시된 방안을 검증하였다.
#철도전기신호 #Kalman Filter

목차

표 목 차 ⅴ
그림목차 ⅴ
I. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 범위 및 방법 2
3. 논문의 구성 3
4. 선행 연구 조사 3
5. 연구 가설 6
6. 선행 연구와의 차별성 6
II. 차량 속도 및 주행거리 연산 방법 7
1. 철도차량 운행 제어 개요 7
2. Wheel Based 속도 연산 13
3. 차량의 Slip 및 Slide 현상에 영향을 미치는 변수 15
4. 속도 연산 정확도 향상 필요성 27
5. 속도 연산 알고리즘 개선 방안 33
III. 속도·거리 연산 알고리즘 구현 35
1. Kalman Filter 35
2. Kalman Filter를 이용한 속도·거리 연산 46
3. 슬립 및 슬라이드 검지 48
4. 속도·거리 연산 알고리즘 기능 51
5. 속도·거리 연산 Vital 알고리즘 모델링 52
6. 속도·거리 연산 알고리즘 시뮬레이션 결과 60
Ⅳ. 속도·거리 연산장치를 통한 알고리즘 검증 63
1. 시스템 구성 63
2. 시뮬레이션 방법 및 조건 78
3. Kalman Filter의 적용 79
4. Kalman Filter를 도입한 알고리즘 적용 전 시뮬레이션 결과 82
5. Kalman Filter를 도입한 알고리즘 적용 후 시뮬레이션 결과 89
6. 시뮬레이션 결과 정리 96
Ⅴ. 결 론 98
참고문헌 100
영문초록(Abstract) 103
감사의 글 105

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