本发明的目的是为了克服上述缺点，并提供由微机和集成化元件制成的控制主机，完全取代分立元件构成的控制主机，借助于微机，I/O接口柜及控制软件，实现用微机对驼峰编组场的控制，提高控制精度、减小延迟时间，提高雷达多普勒信号的处理质量，使雷达设备本身能实现自检。

本系统是通过驼峰测速雷达、微型计算机系统、I/O接口柜、轨道电路、踏板、车辆减速器、控制台、超隔离变压器、不间断供电电源以及相应的控制软件实现的。微型计算机是由管理级计算机和控制级计算机构成，管理级计算机采用TP-805微型计算机（含CRT、音频盒式记录器），控制级计算机采用MCS-8039单片机为核心，管理级计算机与控制台相联接，控制级计算机通过接口与相应 现场模块相联接，同时控制级计算机与管理级计算机之间有并行数据交换线相联接，定时进行数据交换。测速雷达发射微波功率并接收钩车反射波，经混频后获得频率与车速成正比的多普勒信号，该信号送控制级计算机处理后，获得车速的数字量，并通过管理级计算机在控制台上显示出来，控制台上的速度设定命令，通过管理级计算机输入控制级计算机，后者根据实测车速和出口速度设定值自动控制车辆减速器，实现对溜放车辆速度的闭环自动控制。

本发明控制系统的特点是：

一、在轨道上设置两台减速器，一段轨道电路，并在减速器的前面设置两块踏板和测速雷达天线。测速雷达天线发射并接收经钩车反射的微波信号，混频后获得多普勒信号，并送控制级计算机处理，该计算机经运算后直接控制车辆减速器，实现对钩车减速，在雷达出现故障时，可用踏板代替雷达进行测速，并自动实现对钩车的应急控制;

二、为提高对钩车的控制精度，计算机对多普勒信号用下列方法进行处理：

1、多普勒信号是一个频谱加上路基振动和多径传输的干涉，形成一个十分杂乱的波形，因此会导致多普勒整形信号的瞬间丢失，即“丢脉冲”，也可能由于相位的突变，引起周期大幅度缩短，形成“多脉冲”，这两种情况都属于噪声干扰，计算机处理多普勒信号的方法是：用周期测量代替频率测量，即首先在计算机内部建立一个标准时钟脉冲，取标准时钟脉冲周期t＝60μS，雷达多普勒信号使计算机中断，采样计时脉冲数，两脉冲中断间时间脉冲数n乘以时钟周期t，即得多普勒信号周期Td，为了减少计算机不必要的计算，本发明采用每100ms计算车速一次，在这段时间内计算机被多普勒脉冲 中断M次，时钟脉冲计数N个，则由多普勒测速公式可得：

V＝ (C)/(2f) ·fd＝ (C)/(2fTd) ＝ (CM)/(2fNt)

式中：C＝3×108m/s

f＝9375×106Hz

代入可得V＝266. (M)/(N) （m/s）＝960 (M)/(N) （Km/h）

由式中可见，脉冲数对公式中速度量测值的准确性起很大作用，为了准确计算出脉冲个数，本发明测量每一个多普勒信号周期，在测量时如果发现该脉冲周期突然缩短25%以上，则判定该脉冲为多脉冲，在计数时就要减去这一脉冲，如果周期突然增加50%以上，则判定该脉冲出现之前有脉冲丢失，在计数时就要加上这一丢失的脉冲，采用这种方法可准确计算出脉冲个数，使测得的速度与实际速度更为近似。

2、对车速量测值进行野值判别，对于单辆货车，减速器缓解时，量测值与预估值之差大于±0.5Km/h及减速器制动时，量测值与预估值之差大于±1.5Km/h时判定为野值。发生野值时对量测变化量加以限制，其限制范围分别为±0.5Km/h和±1.5Km/h。

3、由于测量出来的速度和加速度值具有离散性，为了使其特性更平滑更便于实现控制，本发明对速度和加速度的量测值进行数字滤波，滤波公式为：

Vn＇= Vn-1+ An-1×tn

△Vn＝Vn-Vn′

Vn=Vn＇+K1△Vn

An= An-1+K2(△Vn)/(tn)

式中： V-本次速度滤波输出值（Km/h）

A-本次加速度滤波输出值（Km/h·s）

V-上次速度滤波输出值（Km/h）

A-上次加速度滤波输出值（Km/h·s）

tn-两次滤波运算间隔时间（S）

Vn-本次速度量测值（Km/h）

Vn′-本次速度预估值（Km/h）

△Vn-本次速度量测值与预估值之差（Km/h）

K1-速度滤波系数

K2-加速度滤波系数

根据滤波公式可看出，滤波输出由两部分组成，一部分为本次量测值，一部分是根据上次滤波输出的速度和加速度外推而得的预估值，K值越大则本次量测值占的比重越大、预估值比重越小，因而跟随性好，平滑性差，K值越小，则本次量测值占的比重越小，预估值占的比重越大，因而跟随性差，平滑性好，为兼顾跟随性和平滑性，滤波系数取变值，本发明取滤波系数变化的原则是：当车辆减速度发生变化时，采用大的K值，使滤波输出尽快跟上实际车速的变化，当车速稳定不变或作匀减速运动时，跟随性不成问题，应以追求速度曲线平滑为主要目标，故采用小的K值。K值选取的具体方法如下：

n K1 = 1 -(n(n-1)/(n+1)(n+2)) K2 = (K21/(2-K1)) 1 1 1 2 0.8333 0.5952 3 0.7 0.3769 4 0.6 0.2571 5 0.5238 0.1859 6 0.4643 0.1404 7 0.4167 0.1096 8 0.3778 0.0880 9 0.3455 0.0721 10 0.3182 0.0602 11 0.2949 0.0510 12 0.2747 0.0437

车辆进入减速区段时n取3，以后逐次增加直到最大值后保持不变;控制机输出制动命令后第7次滤波开始，n取3，连续5次，以后逐次增加，直到取到最大值后保持不变;控制机输出缓解命令后，n取3，连续5次，以后逐次增加，直到最大值后保持不变，对两辆以下小组车n取最大值取到8，3辆以上大组车时，n最大值取12，这种变系数K值选取法使滤波输出延迟最大值为30ms，且这一延迟只发生在加速度的拐点处，而在匀减速或匀速情况下，滤波不产生延迟，故有很好的平稳性和跟随性，这种经处理过的速度和加速度值更便于减速器实现控制。

三、为提高减速器出口速度控制精度，减速器控制采用如下算法：

V车≤V定+At延+Bt剩

t剩＝（L减-L雷达积分）/V缓

式中：V定-减速器出口速度设定值;

A-实测减速度;

t延-测量控制系统总延迟时间;

B-与车辆走行阻力、减速器区段线路坡度有关的参数;

t剩-减速器缓解到车辆出清减速器所需时间;

L减-踏板1到减速器出口的距离;

L雷达积分-车辆最后轮对经过踏板1时开始对雷达速度指示积分求得的相对于踏板1的车轮实际位置;

V缓-缓解时车速。

当不等式成立时，单片机发出缓解命令。该公式中A为实测值，t剩通过计算得到，t延和B为可选参数，根据实际情况选择，并在应用中，通过控制实跡回归修正。

四、从前减速器的控制命令是由JW-1700型继电器转达的，这种继电器落下时间为100ms，为清除继电器断电时线圈两端反向高压脉冲的干扰，在线包上并联反向二极管后，该继电器的落下时间为300ms，这么长的延迟对控制机是不合适的，本发明用可控硅控制盒取代继电器来控制减速器的电磁阀，延迟时间减小到10ms以下，提高了响应速度。

五、当溜放的钩车入口速度小于12Km/h或制动前车速比定速高2Km/h以下，一台减速器已能完成调速任务时，为了减小减速度值，只动作第二台减速器，提高控制精度。

六、当车速接近定速，并有明显减速度时实行定时缓解。即根据实测速度，推算出应当发出缓解命令的确切时刻。当接近缓解时刻时，计算机踏步等待，时间一到，立即发出缓解命令，实现定时缓解，取消周期性循测造成的控制延迟。

七、为防止车辆在减速器区段追钩引起超速冲撞，采用追钩判别的方法，即：雷达积分≥14m并在第一块踏板上出现车轮信号时判定为发生追钩现象，用雷达测得追钩发生时前车速度和加速度，控制第一台减速器，使前车以接近原定速要求的速度离开减速器，后车由雷达测速，并按正常方法利用第一台减速器进行控制，从而可以防止尾追撞车。

八、为在没有车辆通过时能检测雷达是否正常，在计算机内部产生1111.1Hz的脉冲，经D触发器分频、驱动器驱动，即可输出555.5Hz自检标准频率方波信号，此信号控制调制电源，使PIN调制器对体效应振荡器产生的微波功率进行幅度调制，经定向耦合器、环行器，天线加到混频器的本振或信号输入端，混频器的输出经放大器放大后获得555.5Hz自检信号，其标准周期为1.8ms，相当于单片机30个计时脉冲，单片机接到此信号，并测得其周期为30±1个计时脉冲时，则表示雷达各部件工作正常，否则就发出故障警报，并改由踏板测速应急控制。

九、轨道上设置两块踏板，在雷达发生故障时，根据已知的踏板距离，由计算机算得车速，并在控制台上显示，并根据这个车速自动应急控制减速器，使离开减速器时车辆最后轮对速度基本符合作业要求。应急控制算法：

T制＝ (V踏板－V定)/(A) +t制-t缓＋t前

式中：T制-应向减速器发出制动命令的时间;

V踏板-踏板测得的车速;

V定-出口速度设定值;

A-减速度，根据大量数据统计，取大于平均值2σ的数值，不同辆数的车组取不同值;

t制-向减速器发出制动命令到实际产生减速度所需的转换时间;

t缓-向减速器发出缓解命令到实际消失减速度所需的转换时间;

t前-向减速器发出制动命令至车辆前轮对进入减速器所经历的时间。

单片机算出T制后，按定时缓解方法，对减速器实行控制。

十、驼峰编组场减速器控制设备由控制级计算机、接口、现场设备模块、管理级计算机及控制台组成，控制级计算机采集来自某个模块的信号并对该模块发出控制命令，控制台为操作员提供操作和系统情况显示的场所，操作员可通过控制台上股道按钮、定速按钮设定车辆出口速度并监视设备工作情况，管理级计算机负责接收来自控制台和控制级计算机发来的信息，并将定速设定命令传送给控制级计算机，将控制级计算机测量控制的结果，传递到控制台，管理级计算机记录并打印全部测量控制过程和结果。

图1为应用在铁路驼峰编组场上的用雷达系统进行测速和控制的实施例：（1）为车辆减速器，是对通过车辆实现减速的装置;（2）为雷达收发主机，产生并接收多普勒信号;（3）为单片机，处理多普勒信号，获得数字量并控制减速器;（4）为管理级计算机，实现控制台单片机之间数据交换并完成各个模块信息的监测控制功能;（5）为测速雷达天线;（6）（7）为设置在线路（8）上的踏板，在雷达失灵的情况下，用踏板测出钩车的速度，并实现应急自动控制;（9）为控制台，人机通信的主要设备。其作业程序是：钩车从线路（8）上驶向减速器（1），雷达（2）产生微波功率，经天线（5）射向钩车，钩车反射的微波信号也经天线（5）接收，混频后产生多普勒信号，并传递给单片机（3），单片机（3）测量多普勒信号频率，经换算后，给出车速数字量，并根据作业员或控制主机（4）对车速的设定要求，结合钩车现行状态，控制减速器（1），使通过减速器（1）后钩车速度达到设定要求，若雷达发生故障，则改用踏板测速，通过踏板（6）和（7）的钩车速度可被单片机测出，单片机根据踏板测得的速度应急控制减速器，实现对钩车减速的效果。

图2为测速雷达工作原理方框图，图2中（9）为发射和接收天线;（10）为振荡器;（11）为混频器;（12）环行器;（13）为微型隔离器;（14）为PIN调制器;（15）为定向耦合器;（16）为多普勒信号放大器;（17）为调制信号源;（18）为稳压电源;（19）为交流220V输入端;（20）端为555.5Hz频率输入端;（21）为多普勒信号输入端。

图3为微机控制系统工作原理方框图，该系统由控制级主机（23）和管理级微机（22）及控制台（25）构成;控制级计算机采用MCS- 8039单片机通过相应接口对某一现场设备模块（24）来的信息进行采集和处理，该现场设备模块包括二台车辆减速器、一台雷达、一段轨道电路，二块踏板，控制级计算机（23）与相应的现场设备模块之间设置相应的接口电路，以便采集现场设备模块的信息并对其加以控制，由于单片机的测量对象是一个现场设备模块，这种一对一的对应关系，消除了程序调度的需要，可以按车辆溜放作业流程来安排程序流程，这个流程就是主循环。单片机测量控制全部任务在主循环内完成，其流程见图7。

单片机有4个中断源，按优先级顺序排列为：雷达多普勒信号、踏板1、踏板2、系统机数据交换的握手线，优先级由硬件保证。单片机只有一条中断线，单片机在响应中断后，由软件按优先级次序判断中断源，并作相应处理，单片机外部中断服务程序流程框图见图8。

控制级主机的工作是：判别与处理丢/多脉冲，雷达积分;减速器区段无车时进行雷达自检;减速器有车时计算车速;车辆进入减速器区段时进行初速处理;减速器区段停车判断及处理;判非正常高速，并显示故障;判野值及限幅处理;雷达速度数字滤波;对定速进行补偿运算;对减速器实行闭环自动控制;车速接近定速时实行定时缓解控制;检测并处理减速器区段追钩;减速器动作检查，发现卡阀，进行应急处理;接收并响应踏板信号的中断申请;判别踏板干扰及故障，并作相应处理;雷达发生故障时，用踏板测车速，并对减速器实行应急控制;检测轨道电路，判断减速器区段占用与出清;判定轨道电路故障时，利用踏板信号开关控制机;减速器半自动/手动控制方式的转换;定时输出检测脉冲，判断单片机是否发生故障;与管理级主机TP-805交换数据。

管理级主机（22）采用TP-805微型计算机，该管理级主机（22）与控制级主机（23）之间有数据交换握手线和数据交换线相联接，定时与控制级主机（23）进行数据交换;管理级主机（22）与控制台（25）亦相联接，接收并显示信息，其工作流程见图9。

它的主要工作是：每隔200ms巡测股道按钮继电器、定速按钮继电器、制动命令继电器和自动控制继电器一次，并作相应处理;每隔200ms与单片机交换一次数据;每隔200ms巡检单片机自检结果，发现故障，立即报警;每隔200ms向控制台发送测量、控制数据一次;显示故障的股道号和故障代号，发出音响报警;打印输出的故障表及测量控制结果;时钟计时显示;每隔200ms输出自检脉冲一次。

图4为自检工作原理图。图中（26）为计算机内部芯片CTC，工作于定时方式，产生1111.1Hz的回零脉冲，经D触发器（27）2分频，驱动器（28）驱动，输出555.5Hz自检标准频率方波信号，该信号控制调制电源（29），PlN调制器（30），对体效应振荡器（31）产生的微波进行幅度调制，调制信号经定向耦合器（32），环行器（33），天线（34）加到混频器（35）的本振或信号输入端，混频器（35）的输出经放大器（36）放大后，获得555.5Hz自检信号，其周期为1.8ms，相当于单片机30个计时脉冲，单片机（37）接收到这个信号，并测得其周期为30±1个计时脉冲时，则表示雷达各部件工作正常，否则若任何一个部件失效，则自检信号消失或自检信号周期偏离30±1个计时脉冲时，单片机判定雷达自检失效，经一定时间确认后，发出警报。本发明中的自检轨道继电器（38）在无车时前接 点闭合，实现自检，有车时轨道继电器（38）的后接点闭合，调制电源（29）的输入端接地，实现正常测速。

图5为单片机与系统机数据交换电路原理图，单片机与系统机数据交换是通过接口板汇总或驱动的，每块接口板连接同一层的16个单片机，因此，整个机柜需三块接口板。图5中A为单片机雷达信号处理及减速器控制单元;B为单片机接口单元;C为雷达控制机I/O接口单元。

图6为减速器可控硅控制盒工作原理图。该电路安装在一只安全型继电器的外壳内，可象一台安全型继电器一样，插在组合架的一个继电器插座上，当控制命令输入端（73）为低电平时，反相器（39）输出高电平，反相器（40）输出低电平，固态继电器（42）输入端光耦二极管点亮，双向可控硅导通，控制盒输出端（61）输出交流220V电源，使减速器制动电磁铁（45）励磁，减速器制动。同时，继电器（44）吸合，其接点（48）闭合，使缓解继电器（47）吸合。当控制命令输入端（73）由低电平转为高电平时，反相器（40）输出高电平，固态继电器（42）的双向可控硅关断，制动电磁铁失磁，继电器（44）落下，缓解继电器（47）缓放。同时，反相器（41）输出低电平，通过缓放的缓解继电器（47）的接点（49）或缓解表示继电器后接点（50），使固态继电器（43）输入光耦的二极管点亮，双向可控硅导通，在控制盒的（63）端输出交流220V电源，使减速器缓解电磁铁（46）励磁，减速器缓解。待缓解表示继电器吸起，缓解继电器（47）缓放时间过去后，接点（49），（50）断开，固态继电器（43）的双向可控硅关断缓解电磁铁（46）失磁，减速器保持在缓解位置。

本系统与原有设备相比具有可靠性好，雷达测量精度高，其测量精度＜±1%，测量延迟小，其延迟＜30ms，减速器控制精度高，误差只有σ＝0.4Km/h，冗余度大，逻辑功能强，具有监测、自检等功能，有利于实现自动化，有利于设计、施工、维修。

驼峰雷达微机控制系统属铁路编组场对溜放车辆实行半自动或自动调速的测量控制设备。使用该系统可以使正在溜放的车辆的最后轮对在离开减速器时的速度符合作业员（半自动）或计算机（自动）的设定值。目前我国采用的雷达测控机为TZ-103驼峰雷达控制机，这种控制机采用分立元件，设计方案较落后，测量延迟时间大为0.15s，雷达多普勒信号处理质量不高，误差大为±2%±0.2Km/h，速度控制精度不高，仅为σ＝0.5Km/h，雷达不能自检，另外，由于采用分立元件和继电器，其可靠性不高，发生故障时不能立即报警，难以及时防护，无记录监测功能，一旦发生撞车事故，责任难以明确，故障难以查找，工作环境温度上限为50℃，其指标无冗余，难以保证调车绝对安全，缺乏预留向自动化过渡的必要条件。