机车监控系统算法研究与软件实现

论文摘要

机车监控系统是以保障机车运行安全为目的,根据地面信息、机车自身状态以及机车信号信息对机车运行速度进行监测,进而控制机车运行的列车安全运行监控装置。近年来,铁路运输行业的发展和列车行驶速度的大幅度提高越来越要求对车速进行实时、准确及高可靠的监控。在这个背景下,本文通过对比国内外监控装置的发展现状以及对机车技术中机车信号、速度模式控制、影响机车运行等主要因素的分析,提出了一种机车监控系统的设计方案。该课题设计的装置承担实时监控机车行驶速度,实时辅助司乘人员计算合理的操作指令的任务,要达到高稳定性和高可靠性的指标。以此为设计出发点,硬件部分的设计采用数字信号处理芯片作为系统的控制核心,通过扩展外围电路实现具体的功能模块,采用双机冗余备份的设计方案以提高可靠度,文中有侧重地介绍了具体的硬件电路的实现。软件部分的设计以力学和运动学的理论为基础,参照铁路系统的相关文件的规定设计了速度监控的核心算法,并用程序实现了制动模式曲线的实时计算。在此基础上针对速度检测、压力检测、输出指令计算、CAN通信等各个相对独立的功能模块进行软件编写,并专门设计了用于诊断设备故障和切换主备机指令输出权的程序。此后还通过理论分析和软件仿真等手段对系统的可靠性和实用性进行了论证和验证。最终随着软硬件调试的完成取得了预期的成果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 机车监控技术简介
• 1.2.1 机车监控装置的功能
• 1.2.2 机车信号系统介绍
• 1.2.3 速度监控基本原理
• 1.3 机车监控设备的发展
• 1.3.1 国内外机车监控技术现状
• 1.3.2 我国机车监控技术的发展历程
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 机车监控主机系统结构
• 2.1 机车监控主机系统总体结构及工作原理
• 2.1.1 机车监控主机系统的总体结构
• 2.1.2 机车监控主机系统的工作原理
• 2.2 双机热备结构概述
• 2.3 监控系统硬件结构
• 2.3.1 DSP系统及外围电路介绍
• 2.3.2 机车监控电源板结构
• 2.3.3 机车监控主机板结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 机车监控主机系统的软件设计
• 3.1 DSP软件开发平台简介
• 3.2 监控主机软件的整体结构
• 3.3 制动方程及参数的选取
• 3.3.1 列车力学参数的计算
• 3.3.2 制动模式曲线的计算
• 3.4 速度监控算法的设计
• 3.5 监控主机各功能模块的软件设计
• 3.5.1 路面信息的数据结构
• 3.5.2 CAN通信协议设计
• 3.5.3 CAN通信的程序设计
• 3.6 主备机故障识别和切换程序设计
• 3.6.1 限速事件序号校验
• 3.6.2 捕捉单元模块自检
• 3.6.3 AD采样模块自检
• 3.6.4 故障部分的切换方法
• 3.7 本章小结
• 第4章 机车监控系统的分析与仿真
• 4.1 双机冗余备份结构的可靠性分析
• 4.2 监控系统仿真实验方案
• 4.3 监控系统仿真运行结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢