转向架称重实验台嵌入式控制系统的开发

论文摘要

近年来,客运专线和重载列车是提高我国铁路运输能力的主要措施。随着车辆运行速度的提高,考虑到列车轴重大、速度快,列车轮(轴)重偏差对车辆动力学性能和制动性能的影响更会加剧。为了保障车辆的运行安全,必须准确检测车辆的轮(轴)重偏差的幅值。本文针对上述情况,选择转向架轮重称重作为研究内容,设计了转向架轮重称重试验台的硬件架构；对于液压控制系统来说,目前主流方案一般采用单片机或者计算机系统对液压设备进行控制。但是,单片机控制系统存在控制精度不高,人机界面不友好,参数修改不方便的问题,而计算机控制系统也存在成本高,实时性差,可靠性低的缺点。所以,本文采用了目前较先进的嵌入式技术构建了嵌入式数据采集处理平台和液压伺服控制系统,并开发了友好的人机交互界面软件。由上述内容最终构成了简单高效的转向架轮重称重调簧系统。本文主要工作包括以下几个方面：1.研究了基于嵌入式XPE(Windows XP Embedded)的软硬件实现方式及实现的关键技术,并通过引入RTX解决了工业控制系统中的实时性问题以及对底层硬件接口的访问问题。开发了基于XPE系统的试验软件,提高了系统实时性。2.通过研究常规称重台结构和转向架结构特点,选择了合适的称重传感器与其配套设备,设计制作了称重平台,并在此基础上开发了适合此平台的称重调簧软件。3.应用数字PID控制算法设计自动加载控制系统,实现转向架的自动加载控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 转向架轮重问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外转向架称重调簧的应用和发展现状
• 1.2.1 国外动态水平及现状
• 1.2.2 国内情况
• 1.3 液压伺服控制系统的发展现状及方向
• 1.4 本论文的研究内容
• 1.4.1 采用嵌入式系统构建转向架称重系统的优势
• 1.4.2 本论文的研究内容
• 第2章 调簧原理与实验台总体设计
• 2.1 转向架称重调簧原理
• 2.1.1 导致轮重和轴重偏差的原因
• 2.1.2 调簧计算
• 2.2 称重实验台总体设计
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 转向架称重实验台的功能要求
• 第3章 嵌入式软、硬件平台的搭建
• 3.1 嵌入式硬件平台的搭建
• 3.2 嵌入式软件平台的搭建
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 XPE操作系统的定制流程
• 3.2.3 基于称重实验台的系统定制
• 3.3 实时性以及底层硬件接口访问
• 第4章 实验台液压伺服系统
• 4.1 液压伺服控制系统
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 液压控制系统的组成
• 4.2 液压伺服系统PID控制
• 4.2.1 数字PID控制算法
• 4.2.2 PID参数整定方法
• 第5章 实验台检测系统
• 5.1 实时任务与用户程序
• 5.1.1 RTX实时性机理
• 5.1.2 实时任务和用户程序的划分
• 5.1.3 实时任务与用户程序的通信
• 5.2 信号采集的实现
• 5.2.1 应变放大模块的设计
• 5.2.2 数据采集功能的程序实现
• 5.3 数据处理
• 5.3.1 加载力数据处理
• 5.3.2 称重数据处理
• 第6章 转向架轮重称重系统的应用及分析
• 6.1 程序界面
• 6.2 试验
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及获奖情况