机车节能运行控制系统的研究

论文摘要

国家“十一五”明确提出我国节能降耗的约束性指标。铁路运输所消耗的能源总量十分巨大,铁路行业节能任务十分艰巨。铁道部出台的《铁路科技发展“十一五”规划》,明确将节能环保技术作为主要发展的领域,全面开展资源节约的应用研究和推广工作,提高铁路节能的科技水平。本文根据“机车节能运行控制系统”项目的要求,选择合适的机车牵引计算模型对所采集的信息进行实时计算,按照“安全、正点、节能、多拉”的原则设计机车节能运行操纵方案,研究机车节能运行速度预测模型,预测列车节能运行的速度—距离曲线,并建立列车节能操纵的微机指导系统,该系统可以通过提示信息指导司机按节能方式操纵机车运行,实现节能的目的。本论文首先深入研究了目前国内外的列车节能优化操纵策略,为列车运行速度预测方案的选择提供了理论依据;然后根据《列车牵引计算规程》,针对SS4改型机车对速度预测过程中所需要的列车牵引力、制动力、列车阻力、列车合力等建立相应的牵引计算公式。机车节能运行速度的预测分析为系统的核心部分,本文运用模糊预测控制的思想并根据节能优化操纵策略和牵引计算公式建立机车运行速度预测模型。根据项目的要求,对系统的总体方案进行设计,使用现场CAN总线作为众多模块的通信平台来构架整个系统,使各个模块更加协调地工作。根据模块的功能需要,选用P87C591单片机作为微控制器来设计各模块的外围电路,选择CF卡存储大量的线路纵断面数据。论文对系统所要采集的信号以及系统各部分功能进行了详细介绍,对系统设计中的硬件电路给出了较为详细的设计说明,对系统的功能软件进行了更为详细的分析。最后,对系统硬件功能进行了试验研究,对所取得的成果进行了总结,同时提出了系统研究中发现的不足,给出了作者的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 机车节能运行研究的意义
• 1.2 国内外的研究现状和发展
• 1.3 本课题研究的目标和主要内容
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 列车节能优化操纵策略的研究
• 2.1 列车节能优化操纵模型
• 2.2 列车优化操纵的研究
• 2.2.1 列车运行过程能耗的构成
• 2.2.2 节能操纵寻优研究
• 2.2.3 列车优化操纵原则
• 2.3 列车节能优化操纵策略
• 2.3.1 减少列车冲击的操纵策略
• 2.3.2 列车节能操纵策略研究
• 2.3.3 列车不同控制状态下节能操纵策略研究
• 第3章 机车节能运行速度的预测分析
• 3.1 模糊预测控制原理
• 3.1.1 预测控制基本原理
• 3.1.2 模糊控制的概念及特点
• 3.1.3 模糊预测控制的发展
• 3.2 SS4改型机车列车作用力计算
• 3.2.1 SS4改型机车牵引力计算
• 3.2.2 SS4改型机车阻力计算
• 3.2.3 SS4改型机车制动力计算
• 3.2.4 列车合力计算
• 3.2.5 列车实际牵引质量的计算
• 3.3 机车节能运行速度模糊预测控制模型
• 3.3.1 列车运动方程式
• 3.3.2 机车的速度预测过程分析
• 3.3.3 基于预测控制的速度预测分析
• 3.3.4 基于模糊控制的速度预测分析
• 第4章 系统总体方案及其硬件电路设计
• 4.1 系统功能组成
• 4.2 信息采集单元
• 4.2.1 模拟量采集模块
• 4.2.2 开关量采集模块
• 4.2.3 数字量采集模块
• 4.3 信息实时计算单元
• 4.3.1 信息实时计算单元功能组成
• 4.3.2 数据存储模块
• 4.4 信息显示单元
• 4.5 系统微控制器选择和通信电路设计
• 4.5.1 微控制器的选择
• 4.5.2 CAN总线通信电路的设计
• 第5章 系统软件功能实现
• 5.1 节能运行功能软件主程序
• 5.2 系统通信功能软件的实现
• 5.3 节能控制运算功能软件实现
• 5.3.1 机车牵引力计算模块
• 5.3.2 列车阻力计算模块
• 5.3.3 列车制动力计算模块
• 5.4 机车节能运行速度预测功能软件实现
• 5.5 数据存储及读写功能软件实现
• 第6章 系统功能试验研究
• 6.1 系统功能试验
• 6.1.1 开关量采集板功能测试
• 6.1.2 模拟量采集板功能测试
• 6.1.3 数字量采集板功能测试
• 6.1.4 数据存储功能测试
• 6.2 试验结果分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文