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全球領先的數(shù)學計算軟件開發(fā)商 MathWorks今日宣布，西南交通大學信息科學與技術學院張吉烈教授團隊在國家自然科學基金與國家重大戰(zhàn)略需求支持下，依托 MATLAB® 和Simulink® 的工程技術解決方案，開發(fā)了一種新型分布式協(xié)同制動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)方案中電子控制氣動（ECP）的帶寬和通信問題，并提高重載列車運行的安全性和可靠性。通過根據(jù)各車廂特性和所處地形計算自適應制動力，縮短制動距離，減少縱向沖擊。

項目中采用了基于模型設計（Model-Based Design，MBD）的工作流程，突破了中國重載列車安全技術中的技術瓶頸。集成化的 MBD 工作流程覆蓋了從概念開發(fā)到詳細設計、硬件實現(xiàn)以及測試驗證的整個過程，支持算法設計、動態(tài)仿真和硬件驗證等關鍵活動，能夠顯著縮短開發(fā)周期。

張教授團隊使用 MATLAB 建立了包含超過 200 個微分方程的重載列車多體動力學模型，精確模擬車廂耦合、軌道坡度、空氣阻力等復雜因素，實現(xiàn)控制算法與機械系統(tǒng)的聯(lián)合仿真，并設計分布式制動算法，后期將通過 Simscape™ 搭建制動系統(tǒng)物理模型確保兼容性。借助 Simulink 搭建實時仿真平臺，將算法部署至 STM32 微控制器進行硬件在環(huán)（HIL）測試，在實驗室模擬 80 噸到 100 噸級列車滿載緊急制動場景，替代傳統(tǒng) CAE 軟件及高風險實車試驗。通過批量仿真快速驗證上坡、平路、下坡和彎路四類工況組合優(yōu)化控制參數(shù)，使平均制動距離縮短、車鉤力減小至 150kN 以內(nèi)，有效降低縱向沖擊力，達到國際領先水平。

“我目前主持在研國家自然科學基金面上項目：自主重載列車分布式協(xié)同空氣制動的自適應優(yōu)化控制方法研究。”西南交通大學張教授表示：“MATLAB/Simulink 工具鏈是我們攻克技術難關的核心引擎。從算法迭代到硬件部署，基于模型設計的方式讓我們能將主要精力聚焦于創(chuàng)新本身，而非重復性工程驗證。我們通過桌面仿真，然后進行 HIL 測試，快速驗證控制實現(xiàn)理念和迭代更新算法，使我們的項目實施對比傳統(tǒng)方法更快、更高效、更具成本效益。”

MathWorks 中國區(qū)總經(jīng)理張輝先生強調：“我們始終堅持加速科學與工程進步的理念，為中國區(qū)產(chǎn)學研用戶提供優(yōu)質的本地化服務，搭建從學術界向工業(yè)界轉化科研成果的‘橋梁’。西南交通大學張教授團隊的成功案例證明，基于模型設計不斷地幫助學術界和工業(yè)界的科研人員解決復雜系統(tǒng)的工程問題，推進軌道交通行業(yè)的智能化進程。”

圖示：HIL 測試設置，包括示波器、氣缸、進氣和排氣閥以及 STM32 控制板