重载列车同步控制系统制动控制单元的研制

论文摘要

重载组合列车能大幅度提高铁路货运的运能,机车同步控制技术是重载组合列车的一项关键技术,机车制动控制单元是列车同步控制系统的重要组成部分,它的性能直接关系到重载组合列车的行车安全。我国目前使用的机车制动控制单元已不能满足同步控制系统的性能需求,急需开发一种新型的机车制动控制单元。论文在分析重载列车同步制动原理的基础上,指出影响重载列车制动同步性的关键因素;针对国内已有制动控制单元压力控制精度低、信息化落后的问题,提出一种改进的制动控制单元解决方案。同步控制系统对机车制动系统容积室的压力控制精度要求很高。由于控制对象的非线性、特性参数的差异性以及高速开关阀的死区特性,一般的控制方式难以满足控制精度的要求。论文在使用单神经元自适应PID控制算法的基础上,引入模糊控制对高速开关阀的死区进行动态的补偿,实现容积室压力的精确控制,仿真和实际运行结果都证明了该方法的有效性。重载列车制动控制单元内部通信可靠性和实时性十分关键。论文采用了一种基于硬件冗余的可靠性保障机制,来提高内部通信网络的可靠性。针对网络资源不足时内部通信网络的实时性问题,采用了一种基于总线调度算法的实时性优化方法,来提高通信的实时性。论文在完成同步控制系统制动控制单元的硬件设计制作、软件编程调试和实验室试验后,在铁科院通过了型式试验,并在神华铁路神朔分公司完成了实际运行实验。运行实验表明改进的制动控制单元符合同步控制系统有关的技术要求,能够满足重载组合列车同步控制系统同步制动的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 列车制动控制技术的研究现状
• 1.2.1 国外列车制动控制技术的研究现状
• 1.2.2 国内列车制动控制技术的研究现状
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 重载列车同步制动原理及制动控制单元的解决方案
• 2.1 重载列车同步制动的系统组成及工作原理
• 2.1.1 重载列车同步制动的系统组成
• 2.1.2 重载列车同步制动的工作原理
• 2.2 重载列车同步制动性能的影响因素
• 2.2.1 稳态下各机车控制气缸压力的不一致
• 2.2.2 各机车控制气缸压力调节动态特性的差异
• 2.3 制动控制单元的解决方案
• 2.3.1 重载列车同步制动对制动控制单元的功能需求
• 2.3.2 制动控制单元的总体结构
• 2.4 小结
• 第三章 制动控制单元容积室压力的控制方法
• 3.1 容积室压力控制难点分析
• 3.1.1 高速开关阀特性分析
• 3.1.2 气体压力的非线性影响
• 3.1.3 容积室压力控制系统的组成
• 3.2 几种控制方法的实际运行比较
• 3.2.1 时间最优的Bang-Bang控制
• 3.2.2 带死区的PID控制
• 3.2.3 模糊PID控制
• 3.3 带死区动态补偿的单神经元自适应PID控制方法
• 3.3.1 单神经元自适应PID基本原理
• 3.3.2 高速电空阀的死区动态补偿
• 3.3.3 带死区动态补偿的单神经元自适应PID控制流程
• 3.3.4 仿真分析与实际运行效果
• 3.4 小结
• 第四章 制动控制单元内部通讯网络的可靠性和实时性
• 4.1 基于硬件冗余的网络可靠性保障机制
• 4.1.1 硬件冗余的基本原理
• 4.1.2 CAN总线的硬件冗余
• 4.1.3 网络可靠性保障机制的工作流程
• 4.2 内部通讯网络实时性优化方法
• 4.2.1 网络资源不足时通讯实时性分析
• 4.2.2 实时性优化方法
• 4.3 实时性优化方法的仿真
• 4.3.1 仿真模型的建立
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.4 小结
• 第五章 制动控制单元的实现
• 5.1 系统硬件实现
• 5.1.1 中央处理单元
• 5.1.2 容积室压力控制单元
• 5.1.3 数字量输入输出单元
• 5.1.4 通信节点的硬件实现
• 5.2 制动控制单元的软件实现
• 5.2.1 控制单元软件模块化结构
• 5.2.2 通信节点程序设计
• 5.3 制动控制单元实际运行效果
• 5.3.1 制动区精确制动试验
• 5.3.2 制动控制单元阶段缓解试验
• 5.3.3 制动控制单元紧急制动试验
• 5.4 小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 论文的主要结论
• 6.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要研究成果