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全球領(lǐng)先的數(shù)學(xué)計算軟件開發(fā)商 MathWorks今日宣布，西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張吉烈教授團(tuán)隊在國家自然科學(xué)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(shù)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(yīng)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(shè)計（Model-Based Design，MBD）的工作流程，突破了中國重載列車安全技術(shù)中的技術(shù)瓶頸。集成化的 MBD 工作流程覆蓋了從概念開發(fā)到詳細(xì)設(shè)計、硬件實現(xiàn)以及測試驗證的整個過程，支持算法設(shè)計、動態(tài)仿真和硬件驗證等關(guān)鍵活動，能夠顯著縮短開發(fā)周期。

張教授團(tuán)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(xué)模型，精確模擬車廂耦合、軌道坡度、空氣阻力等復(fù)雜因素，實現(xiàn)控制算法與機(jī)械系統(tǒng)的聯(lián)合仿真，并設(shè)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(jìn)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(fēng)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(dá)到國際領(lǐng)先水平。

“我目前主持在研國家自然科學(xué)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(yīng)優(yōu)化控制方法研究。”西南交通大學(xué)張教授表示：“MATLAB/Simulink 工具鏈?zhǔn)俏覀児タ思夹g(shù)難關(guān)的核心引擎。從算法迭代到硬件部署，基于模型設(shè)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(fù)性工程驗證。我們通過桌面仿真，然后進(jìn)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(diào)：“我們始終堅持加速科學(xué)與工程進(jìn)步的理念，為中國區(qū)產(chǎn)學(xué)研用戶提供優(yōu)質(zhì)的本地化服務(wù)，搭建從學(xué)術(shù)界向工業(yè)界轉(zhuǎn)化科研成果的‘橋梁’。西南交通大學(xué)張教授團(tuán)隊的成功案例證明，基于模型設(shè)計不斷地幫助學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的科研人員解決復(fù)雜系統(tǒng)的工程問題，推進(jìn)軌道交通行業(yè)的智能化進(jìn)程。”

圖示：HIL 測試設(shè)置，包括示波器、氣缸、進(jìn)氣和排氣閥以及 STM32 控制板