高速列车电液制动系统模糊PID控制算法研究

高速列车制动技术对于列车安全运行至关重要,而基础制动是最为关键的制动装置之一,是高速列车在制动系统其他制动措施失效情况下的最后一道安全保障。高速列车基础制动采用电液制动器是靠制动卡钳与制动盘摩擦来传递制动转矩的,制动转矩的大小主要取决于制动缸压力的大小。主要建立了高速列车电液制动系统的模型,然后设计了模糊PID控制器,使用MATLAB/Simulink软件对所设计的模糊PID控制器进行了仿真,仿真结果显示控制效果较好。对以后模糊PID运用到实际提供了理论基础。     

列车模拟运行控制系统的开发

本文在现有牵引制动能量互馈式试验台的基础上,提出一种基于列车模型的实时控制算法。通过模拟列车在预定线路、预定载荷下的运行工况,实现了对列车运动过程动态特性的模拟,为电力牵引及电气制动系统的开发提供了一个动态模拟环境。     

城市轨道交通与牵引供电系统电气模型研究

根据上海轨道交通1号线的牵引供电系统和列车电气拓扑结构,使用计算机仿真软件(PSCAD/EMTDC)在不同工况下建立了仿真模型.其中,牵引供电系统模型包括主变电站、牵引变电站、接触网和轨道;车辆模型包括牵引电机、主逆变器及其控制系统、制动电阻、滤波单元和辅助系统.模型将车辆和牵引供电系统结合起来,实现了初步联合仿真.仿真结果表明,所建立的模型能够准确反映在不同工况下车辆和牵引供电系统的特性,为进一步研究城市轨道交通和牵引供电系统奠定了基础.     

列车空气制动压差分析及控制研究

介绍了轨道交通列车制动系统控制原理和制动压差对制动系统的影响及危害。分析导致列车空气制动压力存在压差的原因并通过试验结果验证分析的合理性。提出列车制动系统的制动压差控制策略及算法的设计,利用AMESim和Simulink软件构建制动系统仿真模型对压差控制策略和算法进行研究。仿真结果表明,压差控制在制动阶段和快速控制过程中都可明显抑制制动压差的现象,此压差控制可为列车制动压力精确控制提供设计依据以提高列车制动系统可靠性和运行安全性。     

高速列车牵引供电系统建模及短时断电工况仿真

为研究不同丁况下高速列车牵引供电系统的工作状态和性能,根据CRH2型高速列车牵引供电系统的实际结构与参数,采用Matlab/Simulink软件建立了整个系统的仿真模型,模型中牵引变流器采用正弦脉宽渊制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)两种方式,牵引电机采用适用于高速列车的瞬态电流控制和转子磁场定向矢量控制策...     

地铁列车牵引系统概述

地铁列车牵引系统主要由以下设备构成:受电弓、高速断路器HSCB、VVVF牵引逆变器、牵引控制单元DCU、牵引电机、制动电阻和司控器。其中最为关键的就是牵引电机,它采用电动驱动,以满足车辆牵引和制动特性的要求;且列车电机型式一般采用结构简单、可靠性好、寿命长、几乎免维护的异步电机。     

车内噪声预测及平稳舒适性研究

以高速列车为研究对象,分别建立高速列车的车身结构和车室声腔有限元模型,最终得到高速列车声固耦合模型。在ANSYS中计算出车身结构的振动位移响应,并以其作为声学仿真的边界条件。使用Virtual.Lab声学仿真软件对声固耦合模型进行仿真,得到所取观测场点的声压级频谱。为了验证所建立的高速列车声固耦合模型的准确性,在运行的高速列车上测试了车速在240 km/h和260 km/h下观测点处的A计权声压级频谱。经分析得出,车内噪声随着速度的增加而增大,计算得到的声压级频谱与实测结果的变化趋势基本一致。为了了解乘客乘坐高速列车的舒适程度,使用SIMPACK软件对其平稳舒适性进行动力学仿真。得出列车运行时平稳舒适性为优。     

CRH3型动车组牵引传动系统的直接转矩控制研究

为了研究高速动车组的具体模型结构及其牵引传动控制系统,采用直接转矩控制(DTC)系统控制异步牵引电机,建立了CRH3型高速动车组牵引传动系统的Matlab/simulink仿真模型,整流部分由四象限脉冲整流器输出3 000 V左右平滑的直流电压,逆变部分由直接转矩控制系统驱动牵引电机。该系统能根据CRH3型动车组的牵引、制动曲线模拟动车组牵引、惰行、制动等各种运行工况。整个运行过程中系统的谐波较小,电压/电流相位差基本能保持在同相或反相运行,功率因数基本接近1;在网压波动和突然失电情况下,机车也基本能保持恒速运行。最后,将该模型仿真结果与京津城际高速铁路的部分数据进行了对比验证。研究结果表明,该模型建模基本正确,同时系统具有良好的稳态和动态性能,验证了直接转矩控制方法的有效性。     

起重机小车运行机构永磁涡流制动特性仿真分析

基于电磁学理论分析了永磁涡流制动基本原理,建立了制动力关于永磁体充磁厚度和底面直径、磁极对数、极距以及空气间隙厚度等参数的数学模型;对比分析了解析计算与Ansoft Maxwell软件仿真结果,验证了数学模型的准确性和实用性;探究了磁极对数、永磁体永磁厚度和底面直径、空气间隙厚度以及极距对制动力的影响机理,得到了制动力与以上各参数之间的特征关系,并根据桥式起重机结构特点建立了小车运行机构的动力学模型。基于Matlab/Simulink软件对某型号桥式起重机小车运行机构的永磁涡流制动特性和吊重摆角进行了仿真分析,为起重机小车运行机构永磁涡流制动的设计提供了依据。     

面向可持续运行的高速列车设计方法

高速列车的运行速度、停站时长和运行调度水平等作为影响运行效率的重要因素。对此,通过对高速列车可持续运行结构的设计,从而达到提高运行效率的目的。基于TRIZ创新理论的冲突解决原理,利用TRIZ理论的39个工程参数和40条发明原理所构成的矛盾冲突解决矩阵,对高速列车提高运行效率过程中所构成的技术冲突,提出高速列车的可持续运行模式,设计了具体的高速列车结构,并基于ANSYS软件对高速列车的气动特性等进行了可行性分析。基于TRIZ创新理论提出的高速列车可持续运行模式,在达到提高运行效率的同时,并赋予了高速列车人性化的设计内涵,除了为产品设计提供创新的思路外,对于相关产品的设计研究也具有重要参考价值。     

高速列车减振器新型活塞结构研发及仿真试验

为实现高速列车关键零部件国产化,结合高速列车对减振器的性能要求及运行环境,对高速列车CRH380BL二系横向减振器的活塞结构进行了创新设计。应用三维设计软件Solid Works完成减振器新型活塞结构设计,新型活塞结构具有更优秀的工作特性和工艺可控性。在MSC.Easy5环境下建立减振器的液压控制模型,通过减振器性能的仿真测试,完成新型活塞结构参数优选。将减振器试验台的测试结果与仿真数据进行对比分析,减振器仿真性能测试与试验结果基本吻合。结果表明:采用新型活塞结构减振器的压缩力值、复原力值以及不对称率等基本参数满足动车组油压减振器技术条件;减振器液压模型具有良好的仿真精确度;创新设计的液压减振器活塞满足设计需要和工作要求。     

基于RT-LAB的高速动车组牵引传动系统实时仿真

针对如何搭建高速动车组牵引传动系统硬件在环仿真模型及实现该系统相关信号量的实时在线监测问题,通过利用RT-LAB实时仿真器和以GE公司CT11系统为开发平台的控制器搭建了高速动车组牵引传动系统的硬件在环仿真模型.采用了算法简单、控制效果更精确的直接转矩控制(DTC)方式作为系统逆变器的控制算法来驱动异步电机;为了使整个系统更接近实际的高速动车组,引入了列车通信网络(MVB)完成与硬件在环仿真模型的通信问题;在列车通信网络环境下,系统的运行速度曲线比较平滑,且始终保持在限速范围之下,满足了实际动车组对运行速度的要求.研究结果表明,该系统能够根据列车的运行特性曲线实时地获得不同工况下的运行结果,从而对实现牵引传动系统的实时在线监测具有重要的研究意义.     

列车牵引制动指令冲突故障分析

北京地铁亦庄线列车运行4年后,个别列车出现牵引、制动指令冲突故障,造成列车启动自保护功能无法正常运行。本文介绍了列车牵引制动系统的组成和特点,并介绍了列车牵引控制系统的高压和低压部分,分析总结了PBF故障原因,并提出了故障查找和故障分析的方法,最后提出改进措施,提高地铁安全运营质量。     

气动通风盘式制动器在矿用电机车上的应用

为提高矿用电机车井下运输的安全性,对现有的手轮闸瓦制动装置进行了分析,针对其制动性能的不足,提出了一种气动通风盘式制动装置方案。参考列车牵引制动相关公式与理论,对其制动性能进行了计算验证;同时,运用有限元软件Abaqus对其制动过程进行了仿真分析,得到了通风盘式制动器的温度场分布云图以及相应节点的温度变化曲线;并进行了试验测试。结果表明,该制动装置可有效提高矿用电机车的制动性能,缩短制动距离,且能够满足MT/T 1064—2008技术条件的要求。为今后矿用电机车制动装置的改进提供了依据,具有一定的应用价值。     

联合仿真下谐波转矩对高速列车的动力学分析

牵引电机的谐波转矩是高速列车重要的外部激励来源,为了对异步电机谐波转矩在高速列车动力学特性中的影响进行分析,建立某高速列车的多体动力学模型,根据矢量控制理论对异步电机仿真模型进行搭建,通过联合仿真分析牵引电机谐波转矩在动力学方面对高速列车的影响。仿真结果表明:在高速工况下,异步电机谐波转矩使得车身横向加速度最大峰值增大约30%,车身垂向加速度最大峰值增大约25.8%。在纵向上车身与电机的纵向加速度最大峰值则与不考虑谐波情况的加速度幅值最大值相比增大了数倍。因此建议在对高速列车进行动力学分析时,将电机的谐波转矩考虑进去更符合列车的实际运行状态。     

考虑车辆振动的高速列车制动系统动态响应

为了研究车辆振动对高速列车制动系统温度和振动特性的影响,首先,建立了高速列车整车动力学模型,通过线路试验验证了该模型的有效性;其次,建立了盘-块制动系统热机耦合有限元模型,通过对比仿真与试验摩擦块界面温度分布,验证了该模型的正确性;最后,基于车辆动力学模型获得的振动环境,研究了简谐激励和轨道不平顺激励作用下制动系统的温度和振动特性。结果表明：与忽略车辆振动相比,当简谐激励频率为转频20倍时,制动系统的振动加速度均方根值增加了304%;当考虑轨道不平顺激励时,制动系统的振动加速度均方根值增加了24%;外部激励会引起系统复杂的局部接触行为,导致摩擦块界面温度最大值和温度场分布与无外部激励相比存在一定的差异。因此,在分析评估高速列车制动系统温度和振动特性时,特别是在长大坡道制动条件下,需要考虑车辆振动环境的影响。     

轨道交通直流牵引系统继电保护仿真软件的研究

针对轨道交通直流牵引系统的继电保护定值缺乏有效验证手段的问题,提出了开发相应的仿真校验软件。对软件的需求进行了研究,提出了软件的功能构架,结合软件开发、直流短路电流计算及保护定值校验等技术,以软件图形界面设计、短路计算模型的选取和直流馈线断路器保护定值的校验为核心功能模块,实现了轨道交通直流牵引系统继电保护仿真软件的开发。以上海地铁的直流牵引系统为实际应用模型,对软件的仿真结果进行了验证。研究结果表明,该仿真软件能够实现故障模拟及继电保护定值的计算机辅助校验等多项功能,对保护整定值的使用和调整具有指导和验证作用,从而能实现"降低轨道交通直流牵引网继电保护发生误动、拒动概率,提高直流系统运行可靠性"的目标。     

基于CRIO的城轨列车牵引传动系统测试装置的设计

为了实现城轨列车牵引逆变器、牵引电机等状态监测和性能测试,研制了一套列车牵引传动系统测试装置.在介绍基于电压/电流传感器、非接触式速度传感器、CompactRIO数据采集系统以及上位机构建的硬件系统的基础上,阐述了采用LabVIEW虚拟仪器技术的测试数据实时采集、存储、分析和处理等软件模块的具体实现方法.为验证测试装置的性能,针对在实际线路上运行的城轨列车进行了车载测试,结果表明该装置测量精度高,运行稳定可靠,人机界面友好,满足城轨列车牵引传动系统的状态监测和性能测试要求.     

高速列车齿式联轴器CAD/CAE一体化设计

为提高高速列车齿式联轴器的设计效率,优化设计结构,利用CAD/CAE技术开展了一体化设计。利用CAD软件对驱动装置进行三维设计及虚拟装配,并对驱动装置进行运动仿真分析,得到牵引电机在额定转速和最高转速两种运营条件下轮对线速度的大小;采用CAE软件对鼓形齿联轴器进行静强度分析及安全校核,以确保其服役安全性。结果表明,牵引电机在额定转速和最高转速下车轮线速度分别为243.3 km/h和349.1 km/h,满足高速运行条件;鼓形齿联轴器在平衡工况和最大角向位移工况下最大应力分别为391 MPa和403 MPa,满足安全运行的要求。提出的联轴器CAD/CAE一体化设计方法,为其结果优化提供了参考依据。     

铁道车辆防滑控制仿真

列车的可靠制动是其安全运行的必要保证,而制动过程中的防滑控制又是安全制动和缩短制动距离的有效途径.建立车辆制动动力学模型和单轮对制动动力学模型,车辆系统自由度为42,建模中考虑车辆系统悬架力非线性、轮轨接触几何关系非线性和轮轨蠕滑力非线性.考虑到盘型制动系统的摩擦特性和制动缸压力变化特性,建立了制动系统力学模型.采用P控制方法,用数值仿真方法研究准高速列车制动过程的防滑控制.计算结果表明,P控制能有效防止车轮在轮轨粘着力较低时的滑行,从而提高制动的可靠性和缩短制动距离,并减小制动过程中车辆的纵向振动.