半主动悬挂控制系统研究

论文摘要

列车的运行平稳性是列车的一个重要性能指标,反映了列车的乘坐舒适程度和运行的安全性。随着高速列车的发展和应用,对列车运行平稳性的要求越来越高。悬挂系统性能的好坏直接影响列车运行平稳性,传统的被动悬挂系统在提高列车运行平稳性方面存在局限性,已无法满足高速列车的要求。为此,近年来,用计算机控制的半主动悬挂系统研究成为国内外研究热点课题。本文主要对列车半主动悬挂控制系统进行了深入系统的研究。在分析比较列车被动悬挂、主动悬挂和半主动悬挂系统的组成、工作原理、应用现状的基础上,提出了半主动悬挂系统的可行性和实用性。针对列车半主动悬挂的特点及对现有半主动悬挂控制策略的分析比较,确定了适合列车半主动悬挂系统的天棚阻尼控制策略,并提出了半主动悬挂系统的控制方案,对高速开关电磁阀控制的液压减振器进行了原理分析和系统设计。提出了以TMS320LF2407A为核心的系统硬件电路的总体方案。并对其中的外扩存储器、A/D转换电路、滤波电路、逻辑电路、电源转换电路、时钟电路、复位电路、高速开关阀驱动电路等进行了详细分析和设计。基于Protel 99 SE绘制了硬件电路图。基于DSP,在CCS开发环境下,设计了系统的模块化软件,主要包括:系统的初始化模块、A/D转换模块、积分算法模块和天棚算法实现模块等。并编制了相应的软件程序,给出系统的软件抗干扰措施。在Protel 99 SE的仿真环境SIM99下,编制了系统硬件电路的仿真基本流程,设计了硬件仿真电路,并对所设计硬件电路进行了仿真研究,验证了硬件电路设计的合理性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 车辆悬挂系统半主动控制的提出
• 1.2.1 半主动悬挂及其阻尼控制问题
• 1.2.2 悬挂系统的分类
• 1.2.3 传统悬挂系统的局限性及特点
• 1.2.4 主动悬挂系统的特点
• 1.2.5 半主动悬挂系统的特点
• 1.3 半主动悬挂系统研究的目的和意义
• 1.4 铁道车辆半主动悬挂的研究现状与应用情况
• 1.4.1 铁道车辆半主动悬挂的研究现状
• 1.4.2 铁道车辆半主动悬挂的应用情况
• 1.5 本论文的主要研究工作
• 1.6 本章小结
• 第2章 半主动悬挂系统方案与控制策略研究
• 2.1 横向半主动悬挂系统的配置形式
• 2.2 横向半主动悬挂控制系统组成
• 2.3 横向开关式半主动悬挂系统方案
• 2.3.1 开关式半主动减振器结构原理
• 2.3.2 开关式半主动减振器工作原理
• 2.3.3 高速开关电磁阀概述
• 2.4 半主动悬挂系统控制策略研究
• 2.4.1 线性最优控制
• 2.4.2 鲁棒控制
• 2.4.3 预测控制
• 2.4.4 自适应控制
• 2.4.5 神经网络控制
• 2.4.6 模糊控制
• 2.4.7 天棚阻尼控制
• 2.4.8 系统控制方法的确定
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统的硬件电路设计
• 3.1 系统硬件电路设计方案
• 3.2 半主动减振器检测系统
• 3.2.1 横向加速度的测量
• 3.2.2 加速度传感器的选取
• 3.3 CPU选型
• 3.3.1 TMS320LF2407A的系统组成
• 3.3.2 TMS320LF2407A的特点
• 3.3.3 TMS320LF2407A的存储器配置
• 3.3.4 TMS320LF2407A的事件管理器模块
• 3.3.5 TMS320LF2407A的片内集成外设
• 3.3.6 DSP系统开发过程
• 3.4 A/D转换电路的设计
• 3.4.1 A/D芯片的选取
• 3.4.2 ADS8341外围电路的设计
• 3.5 滤波电路的设计
• 3.5.1 MAX7490功能
• 3.5.2 MAX7490的特性及外围电路的设计
• 3.6 逻辑电路的设计
• 3.6.1 GAL16V8特性
• 3.6.2 GAL16V8外围电路的设计
• 3.7 外扩存储器的设计
• 3.7.1 CY7C1021的特性
• 3.7.2 CY7C1021外围电路的设计
• 3.7.3 CY7C1021与DSP的接口设计
• 3.8 高速开关阀驱动电路的设计
• 3.9 电源电路的设计
• 3.9.1 110V到5V电压转换电路设计
• 3.9.2 5V到3.3V电压转换电路设计
• 3.9.3 3.3V到24V电压转换电路设计
• 3.9.4 ±5V到0～+5V电压转换电路设计
• 3.10 时钟电路的设计
• 3.10.1 CY2071A特性与优点
• 3.10.2 CY2071A外围电路的设计
• 3.11 锁相环电路的设计
• 3.12 复位电路的设计
• 3.13 JTAG接口的设计
• 3.14 本章小结
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 系统的总体软件设计方案
• 4.1.1 DSP软件设计基础
• 4.1.2 集成开发环境CCS（Code Composer Studio）
• 4.1.3 控制程序开发语言的选择
• 4.2 系统各部分软件设计
• 4.2.1 系统主程序模块设计
• 4.2.2 定时器中断程序模块设计
• 4.2.3 数据采集程序模块设计
• 4.2.4 积分器算法的实现
• 4.2.5 天棚算法的实现
• 4.2.6 脉冲信号的产生
• 4.3 软件抗干扰措施
• 4.3.1 设置软件陷阱
• 4.3.2 设置“看门狗”定时器（WDT）
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统电路的仿真
• 5.1 控制系统仿真的整体思路
• 5.2 PROTEL 99 SE功能仿真的特点
• 5.2.1 强大的分析工具
• 5.2.2 丰富的信号源
• 5.2.3 全面的仿真模型库
• 5.2.4 友好的操作界面
• 5.3 PROTEL 99 SE功能仿真的基本流程
• 5.4 系统电路仿真设计
• 5.4.1 设定初始化条件
• 5.4.2 仿真元件模型的建立
• 5.4.3 仿真电路的整体设计
• 5.5 系统电路仿真及分析
• 5.5.1 TL783电路仿真及分析
• 5.5.2 输出电路仿真及分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 本文的结论
• 6.3 未来研究工作展望
• 参考文献
• 附录1 系统的硬件电路图1
• 附录2 系统的硬件电路图2
• 攻读硕士研究生期间发表的论文
• 致谢