随着我国经济社会的快速发展,城市轨道交通作为城市交通运输系统的重要支撑,其发展速度不断加快。作为城市轨道交通的核心——信号系统,其自动化程度和可靠性的需要也不断提升。全自动无人驾驶列车运行控制系统(Fully Automatic Operation,FAO)作为世界各国信号公司研制的信号系统的最新发展方向,具有极高的自动化程度和高可靠性,其中的重要组成部分ATO(Automatic Train Operation)子系统的可靠性也需要不断提高。目前,CBTC系统的车载ATO子系统采用的是单机主控的设计,但是由于FAO系统对可靠性提出了更高的要求,有必要对ATO系统重新设计,来提高其可靠性。针对这一问题,可以从两方面入手解决,一方面是提高单机的可靠性,可以在硬件上采用高可靠性元器件,在软件上提高控制算法的鲁棒性等方法；另一方面使其在单机发生故障的时候,能够有效地用正常的备机加以替换。因此,双机热备的冗余ATO设计方案就成为解决这一问题的有效方法。本文以FAO系统中冗余ATO子系统为研究对象,进行了以下研究工作：(1)介绍了本文的研究背景和意义,在此基础上总结了轨道交通ATO设备的研发历程,指出研究冗余ATO的必要性。(2)设计了冗余ATO系统架构,并从硬件层面上对冗余ATO架构中的各块板卡进行了可靠性验证。采用了工业上普遍使用的DFMEA分析方法,分析验证了所设计的冗余ATO在硬件层面上更加可靠,通过比较的方式表明其主机可靠性和系统可靠性均较旧架构(单机ATO系统)有明显提高。(3)详细说明了冗余ATO软硬件算法的研究和实现方法。作为本文的核心内容,此部分自下而上,分为三个层面加以介绍。一是驱动程序算法研究,介绍了冗余ATO采用的TI安全微控制器RM48L952的驱动开发方法以及具体的开发内容；二是应用程序算法研究,设计了冗余ATO系统各块板卡之间的数据通信机制,设计了冗余ATO主机故障监测和板卡切换的机制,介绍了各块板卡应用程序移植的重点和开发的内容；三是控制器算法研究,引入了鲁棒性强且易于工程实现的广义预测控制算法,加以改进以适应ATO控制的需要,并给出三种工程实现方案。(4)在完成了冗余ATO的算法研究与程序开发后,对冗余ATO的各个板卡进行最终的焊接、组装和软硬件调试。在实验室仿真平台上测试和验证了本文冗余ATO的各项功能,表明了本文所设计的冗余ATO能够正常控制列车运行,并实现故障监测和主备机切换。综上,本文完成了对冗余ATO软硬件算法的研究和实现,给出了可用的设计方案和设计成果,验证了所设计方案的有效性,具有一定的工程参考意义。图93幅,表14个,参考文献51篇