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摆式列车惯性测量计算机的硬件设计与实现
| 论文题名： | 摆式列车惯性测量计算机的硬件设计与实现 |
| 关键词： | 摆式列车;侧倾抑制系统;硬件设计;电气性能 |
| 摘要： | 当列车以较高速度转弯时，由于离心现象的存在，列车车身会出现向圆周外侧倾斜的趋势，在极端情况下会出现严重侧倾甚至侧翻，这种物理现象限制了列车在山地丘陵等多弯地区的运行速度。为了充分利用现有线路资源，尽可能提升列车在多弯地区的运行速度，出现了一种构造新颖的列车——摆式列车。此种列车通过陀螺仪测量出车身侧倾的幅度，然后控制圆周外侧车轮的可变悬架举升，使车身外侧离地高度增加，车身整体呈现外高内低的状态从而向内倾斜以抵消掉离心现象产生的不良影响。 摆式列车侧倾抑制系统的工作原理和过程如下:(1)当列车高速入弯时，陀螺仪测量出实时倾斜幅度;(2)陀螺仪将倾斜幅度的模拟信号输入到惯性测量计算机;(3)惯性计算机将模拟信号转换成数字信号并按内部算法对数据进行运算;(4)将控制数据输出到控制车轮可变悬架的伺服机构完成侧倾抑制。本文基于应用需求提出了摆式列车惯性测量控制计算机的技术指标，给出了硬件设计方案。 电气性能方面，计算机系统由中央处理器、外围存储器、脉冲计数器、A/D转换、定时器、中断控制器、脉冲输出模块、CAN总线、开关量输入输出和异步串行通信口等几部份组成，其中中央处理器采用DSP，脉冲计数、脉冲输出、异步串口、看门狗监控、复位及开关量输入输出的处理等功能由FPGA完成。 根据计算机系统的实际使用环境对可靠性设计进行了分析，主要有以下几方面:采用成熟技术、简化设计、降额设计、隔离技术的应用、可测性设计、环境适应性设计。对计算机系统的关键时序进行了测量验证。 在现今的计算机及其他电子设备中，FPGA对于提升系统集成度有着很大作用，同时可实现小型化，惯性测量计算机系统的FPGA主要用于实现以下功能:对惯性计算机上控制信号进行译码、复位及看门狗监控、总线超时监控、24路脉冲计数、3路脉冲输出、3路UART、开关量输入输出、外围芯片控制信号的产生、时钟分频输出。论文对FPGA各功能的实现过程进行了详细的描述。 论文对FPGA进行了仿真模拟和测试覆盖性检查，搭建了仿真验证环境，其中前端设计和前仿真使用ALDEC Inc的Active-HDL7.1，后端设计工具使用Actel Libero IDE v8.0，综合工具使用Synplify Pro9.6.2，布局布线使用Actel Designer v8.0，布局布线后仿真使用ModelSim ACTEL6.2g。设计了测试床，激励模型为设计单元所支持的各种操作，主要通过接口函数来为设计单元加载信号激励，同时通过ASSERT语句或波形检查对输出信号的有效性进行判断。从而完成各种激励模型下的设计验证。完成了计算机系统原理样机的设计、验证和仿真，给出了可行的硬件系统设计方案。 |
| 作者： | 王铭杰 |
| 专业： | 计算机技术 |
| 导师： | 苗启广;赵向荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安电子科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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