高速动车组升弓浪涌过电压研究

为了降低动车组在升弓过程产生的浪涌过电压对车载电气设备外绝缘频繁冲击的影响以及减轻过电压对列车控制通信系统的干扰,基于CRH2型高速动车组,利用Pspice电磁暂态仿真软件建立了CRH2型高速动车组升弓等效电路模型,仿真分析了车体浪涌过电压的分布特性、动车组的接地方式和接触网网压相位对高速动车组升弓过程车体浪涌过电压的影响。结果表明:高速动车组在升弓时最高车体浪涌过电压幅值可达6.73 k V,并在12?s内迅速衰减到100 V;采用直接接地方式,车体浪涌过电压可减少至2.3 k V;通过改变动车组的保护接地方式,在接地电阻器两端并联电容器,车体的最大浪涌过电压下降2 k V,并且并联电容值取5?F时最合适;在接触网网压相位为90°或者270°时受电弓与接触网接触,车体的浪涌过电压幅值达到最大值。以上结论为进一步研究降低高速动车组升弓浪涌过电压提供了理论基础。     

基于修正车体有限元模型的列车故障模拟

研究如何建立、修正和运用有限元模型来模拟动车组车载部件故障。将三维的列车车体几何模型简化为二维模型,并建立合理的耦合约束关系。对模型进行模态分析,提取自然频率和模态振型,结合实验数据对模型的弹性模量和密度参数进行修正,并对修正模型进行动态响应分析得到车体振动响应。研究表明：1)修正后车体的一阶垂向、横向、棱形和扭转模态与实验误差大幅度缩小,仿真与实验数据的结果吻合;2)螺栓断裂故障仿真例子则表明基于修正模态的有限元模型可指导列车实验测点的布置、实验数据的分析和故障的判定。     

高速动车组断路器操作过电压在车体的传播特性与影响机制

高速铁路采用单相分段供电方式,为了防止带载过分相问题,在过分相过程中列车会频繁开关断路器,这将导致频繁的操作过电压冲击。该过电压一方面会造成车顶高压设备绝缘老化甚至击穿,另一方面该过电压会耦合到车体上,影响车载弱电设备正常工作。为分析断路器操作过电压在车体的传播特性,首先基于某试验动车组实际电气结构,构建高速列车操作过电压等效电路模型,在此基础上分析了操作过电压的产生机理和分布特性;进一步仿真分析了变压器励磁电感、高压电缆、接地电阻器对车体过电压的影响机制。结果表明:车体上操作过电压的峰值达到5.12 k V,并在7?s内迅速衰减到几百伏;变压器励磁电感越大,车体过电压越小;高压电缆单位电容为0.1 n F时,不同车体过电压幅值较小且分布均匀;接地电阻器寄生电感值越大,车体过电压越大。该研究为抑制车体过电压提供了参考。     

计及作动器时滞的高速铁路受电弓最优控制

随着列车运行速度的提高,受电弓与接触网系统之间的耦合振动加剧,导致接触力波动加大,恶化高速列车的受流质量,影响了高速列车的安全稳定运行.受电弓的主动控制能够降低接触力的波动,保证高速列车的稳定受流,但在受电弓主动控制中,存在作动器时滞的问题.针对该问题,提出一种考虑作动器时滞的控制策略来降低接触力的波动.采用鲁棒自适应...     

雷击接触网高速列车车体过电压仿真分析

接触网沿线架设,因距地面较高而易遭受雷击,可能引发动车组事故,给车载电气设备的安全运行带来威胁,因此有必要对雷击接触网时的车体过电压进行分析。文中基于高速列车电路结构,利用Pspice软件建立了一个雷击接触网时动车组车体过电压分析模型,并定量分析了直接接地方式和电阻器并联电容接地方式对车体过电压的影响。仿真结果表明:避雷器动作,雷电流主要经车体分流,导致车体电位大幅上升,受电弓所在的3、6号车体过电压幅值最大,分别约为5.07、4.90 kV;电阻器并联电容接地方式和直接接地方式均能有效抑制各车体过电压,当并联电容大于1.5 m F时,二者对过电压幅值抑制程度基本一致,3、6车过电压幅值均降为1.90 kV,相比原接地方式分别降低了62.23%、61.4%,但是在电阻器并联电容接地方式下,各车体过电压波形更为平缓。以上结论为进一步研究雷击过电压提供了理论基础。     

基于PSCAD的高速动车组升弓浪涌过电压仿真分析

高速动车组(EMU)升弓瞬间产生的车体浪涌过电压,会严重影响车载电气设备的安全运行,干扰列车控制设备的数据采集与传输。为了掌握现有连接方式下升弓浪涌过电压的特点,以某型车为例,利用PSCAD/EMTDC软件建立包括接触网电源、高压电缆、车体及接地系统的等效模型。仿真研究了升弓瞬间受电弓弓头过电压和车体过电压的传播特点,探究了电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位对过电压的影响。结果表明:升弓时受电弓弓头过电压幅值可达60~70 kV,振荡衰减时间在25μs左右,振荡频率一般在0.86~1.74 MHz之间;车体过电压幅值在不同车体之间向前传播过程中逐渐减小,其中最大幅值为3号车车顶与车底之间,可达到7.02 kV。研究结果表明,升弓浪涌过电压受电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位的影响较大。     

永磁同步交流牵引系统LQG／LTR控制研究

针对永磁同步交流牵引系统运行过程中存在参数扰动及传感器量测噪声的影响,采用线性二次高斯/回路传输恢复(LQG/LTR)鲁棒控制技术,设计了基于LQG的系统控制器,通过LTR技术优化系统控制器设计,完成参数扰动时的控制性能仿真。仿真结果表明,在参数扰动±5%时,系统具有较强的鲁棒性。提出了基于DSP平台的永磁同步交流牵引LQG/LTR控制系统实现方案。试验结果表明,在系统噪声和测量噪声存在的情况下,使用LQG/LTR控制器的交流永磁同步交流牵引系统,比使用传统的PID控制系统具有更好的动态响应及鲁棒性。     

LQG/LTR controller for PMSM traction system

针对永磁同步交流牵引系统运行过程中存在参数扰动及传感器量测噪声的影响,采用线性二次高斯/回路传输恢复(LQG/LTR)鲁棒控制技术,设计了基于LQG的系统控制器,通过LTR技术优化系统控制器设计,完成参数扰动时的控制性能仿真.仿真结果表明,在参数扰动±5％时,系统具有较强的鲁棒性.提出了基于DSP平台的永磁同步交流牵引LQG/LTR控制系统实现方案.试验结果表明,在系统噪声和测量噪声存在的情况下,使用LQG/LTR控制器的交流永磁同步交流牵引系统,比使用传统的PID控制系统具有更好的动态响应及鲁棒性.     

利用压电元件减轻轨道车辆振动

日本铁道综合技术研究所利用压电元件及“支路”，进行了减少车体振动、噪声方法的开发。近年来，轨道车辆车体向轻量化发展。这有利于车辆提速与节能，但会使车体弯曲振动及车内噪声增强，影响乘坐舒适度。     

永磁同步牵引电机高速运行时再生制动研究

列车为防止在中性区趴窝,一般以较高速度驶入中性区。为确保辅助系统在中性区不断电,牵引电机需在高速区快速由牵引工况转换为再生制动工况。这里分析了永磁同步牵引电机高速区弱磁控制原理,给出了基于负直轴电流补偿弱磁控制框图,研究了列车进出中性区时永磁同步牵引电机交直轴电流工作区域。基于负直轴电流补偿弱磁控制策略研究了同步旋转d,q坐标系前馈/反馈解耦比例积分(PI)电流调节器和d,q坐标系复矢量电流调节器的控制器在高速弱磁区的再生制动性能。理论分析和仿真结果验证了d,q坐标系复矢量电流调节器在高速弱磁区具有更优异的控制性能。     

上海国产化A型地铁列车车体结构有限元分析

为检验国产化A型地铁列车车体结构设计是否符合标准要求,建立其车体结构有限元模型,运用I-DEAS Master Series(11.0)软件、MSC Nastran(2004)软件和ANSYS/LS-DYNA软件对其车体结构强度、刚度、模态、稳定性、疲劳强度、耐撞性进行分析。分析结果表明:其车体结构设计符合标准要求。     

预测控制方法在列车速度控制中的应用

随着我国铁路建设的高速发展，列车运行速度不断提高，行车密度不断加大，原有的列车速度控制方法难以满足安全行车要求。本文研究了列车速度的预测控制方法。设计了列车预测控制策略，对列车运行速度进行实时预测及优化。针对列车速度的预测控制策略设计了系统仿真程序并进行了系统仿真，结果表明，采用预测控制可以根据以后的输入对列车速度和控制策略进行有计划的调整，提高了列车速度的控制效果和控制效率，利用在线估计预测模型，采用在线滚动优化和反馈校正策略，减少了由于模型不准确带来的误差。     

车载牵引变流系统故障诊断与容错控制综述

车载牵引变流系统作为高速列车的动力源,其安全可靠性对保障高速列车安全、高效、可靠的运行和维护至关重要。在非线性、强耦合和多工况等复杂条件和恶劣环境中长期运行,牵引变流系统中的各类部件都会出现不同程度的劣化失效,引发各类故障,给高速列车的安全运行带来极大挑战。为此,针对高速列车车载牵引变流系统功率器件、牵引控制单元、传感器和中间直流环节等故障率高的部件进行了故障诊断与容错控制方法的调研和总结,对比分析不同方法的研究思路和适用条件。最后,讨论车载牵引变流系统故障诊断与容错控制研究中亟待解决的问题,并对未来的研究做出展望。     

基于谱线再生技术的电机转子早期碰摩故障检测

针对电机转子碰摩时振动信号具有二阶循环平稳性的特点，提出了一种基于谱线再生技术的早期碰摩故障检测方法。该方法通过对转子振动信号进行二次非线性变换，提取二阶循环频率作为早期碰摩的故障特征，它利用振动信号的循环平稳性，达到了信噪分离的目的，能够比较容易地从复杂背景中提取出微弱的早期特征信息。通过仿真信号分析验证了这一点，并对刚开始触碰、早期尖锐型触碰和晚期平钝型触碰三种故障实验数据进行了分析，结果表明谱线再生技术确实可以简单、快速和准确地提取出转子早期碰摩故障特征。     

统一潮流控制器的线性二次高斯控制/回路传输恢复技术设计

线性二次高斯控制／回转传输恢复技术（LQG／LTR）是一种多变量频域设计方法，它以良好的鲁棒性和解耦特性得到广泛的应用，本文基于UPFC的5阶动态模型以单机无穷大系统为例，采用LQG／LTR控制原理设计了UPFC的LQG／LTR控制器，仿真结果表明，该控制方法具有比线性最优控制更好的动态品质，并具有干扰抑制能力，特别是对干扰信号表示成白噪声的系统模型，从而使系统具有较好的鲁棒性和稳定性。     

基于EEMD-SVD-LTSA的高速列车蛇行演变特征提取框架

高速列车一旦出现蛇行失稳，列车的运行安全会受到严重威胁。在出现蛇行失稳前，高速列车会进入小幅蛇行发散状态，因此监测列车小幅蛇行演变趋势可以预测列车的运行状况，然而现有的文献鲜有对小幅蛇行演变特征进行研究，为此，提出一种基于EEMD-SVD-LTSA的高速列车特征提取框架，识别其演变趋势是小幅发散还是小幅收敛，进而预测列车运行状况。通过在线实验数据验证表明，提出的框架能成功提取高速列车小幅收敛、小幅发散的运行特征，且使用LSSVM的识别率达到100%，从而及时预测高速列车的运行状态，保障列车的运行安全。     

钢轨轮廓测量中稳定装置研究

介绍了基于机器视觉技术的在线钢轨轮廓检测技术受车体振动的影响,提出了通过添加稳定装置的方式消除车体振动对检测的影响。设计了基于陀螺的单轴稳定装置,并对稳定控制回路进行了建模分析,设计了一种基于RBF神经网络在线辨别的单神经元自适应PID控制算法。通过Simulink仿真表明,该算法相比较传统PID控制,能有效地解决实际被控对象模型不准确的问题,具有响应速度快、稳定性高等特点,为设计高精度稳定装置系统提供了理论依据。     

高速列车座椅自动旋转控制器设计

为了解决当前高速列车到站时需要乘务员人工手动调整座椅的朝向问题,介绍了一种基于STM32F407处理器的座椅控制器的设计。控制器采用矢量控制方式实现对无刷直流电动机的控制,增加了旋转的可靠性及平滑性。给出了硬件框图以及软件控制算法。实验结果表明,所设计的高速列车座椅控制器能满足系统要求。     

高速列车供电系统电磁干扰形成机理与抑制方法综述EI北大核心CSCD

随着我国电气化铁路的持续建设和高速列车的迅猛发展,高速列车上供电和用电的电气设备越来越多,使得高速列车供电系统的电磁干扰机理分析和电磁兼容设计也更加复杂。文中从构成电磁干扰的3个要素,即干扰源、敏感设备、耦合路径3个方面,阐述高速列车供电系统中电磁干扰的特性与形成机理。综述现有高速列车供电系统的电磁干扰建模方法和工具及其优缺点;归纳高速列车供电系统中电磁干扰敏感设备及其典型的耦合路径;梳理高速列车供电系统现有电磁干扰建模方法和各自的适用范围与相互关系;介绍高速列车供电系统传统的和先进的电磁干扰预测方法和电磁干扰抑制方法。在此基础上,分析目前高速列车供电系统电磁兼容的设计难点和挑战,并提出未来发展方向。该文为系统了解高速列车供电系统中的电磁干扰问题和电磁兼容设计要点提供较为完整的参考。     

动车组过分相的车体最佳接地技术分析

高速动车组车体接地系统是分相过电压的泄放通道,合理的接地技术能有效抑制车体过电压。针对此问题,划分并分析了动车组过车载自动电分相时的各暂态过程,构建了过分相时暂态过电压电流流向的框架。基于动车组车体的实际结构,利用Matlab/Simulink对8编组CRH2A型动车组过分相的其中2个暂态过程搭建了车-网耦合等效电路模型。仿真模型巧妙地将高速铁路过分相、车顶高压贯通电缆和车体接地系统结合在一起,通过仿真对比得到了接地技术对车体过电压的影响规律,结合正常工况下车体电流随车体接地技术的变化特征,就动车组过分相时的最佳接地技术提出了相应的建议。