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电气化铁路受电弓PID主动控制策略的研究
| 论文题名： | 电气化铁路受电弓PID主动控制策略的研究 |
| 关键词： | 电气化铁路;受电弓;接触网;PID主动控制 |
| 摘要： | 随着中国铁路快速发展，列车在高速状态下的受流问题已成为限制列车可靠、安全、稳定运行的一个非常重要原因。弓网系统是电气化铁路牵引供电系统的一个重要组成，列车是靠受电弓与接触线之间的滑动接触来获取电能。而随着列车不断提速，受电弓与接触线在高速状态下的动态接触越来越不稳定。当接触压力过大时，会引起受电弓碳滑板的急剧磨损，降低弓网使用时间;当接触压力过小，又会引起弓网离线，产生的离线电弧会烧蚀碳滑板和接触线。因此有必要采用主动控制降低列车受电弓与接触网接触压力的波动，提高列车受流质量。本文的研究内容包括: 首先，完成了受电弓主动控制方案的选择，该控制方案是以DSP为控制器，以直线步进电机为执行机构，代替目前常用的以单片机为控制器，气缸、液压为驱动的控制方案。由DSP控制步进电机带动受电弓上升或下降，使弓网接触压力保持在合理范围内。并围绕实验室弓网模拟装置对受电弓主动控制系统进行了硬件设计，主要包括控制器选型、压力传感器选型、放大滤波电路设计和步进电机细分驱动器设计。 其次，基于Simulink分别搭建了弓网耦合系统模型、两相混合步进电机模型、模糊控制器、模糊PID控制器和整个控制系统模型。通过仿真的方法比较了PID主动控制、模糊控制和模糊PID控制对弓网间接触力波动的控制效果。当以响应速度和接触压力波动的均方差为评价指标时，三种控制算法在接触压力波动均方差这个指标上差距不大，而PID主动控制算法最快，因此最终选取了受电弓PID主动控制方案。围绕PID控制算法完成了控制系统软件设计，主要包括AD采集程序设计、软件滤波程序设计、PID控制算法程序设计、PWM输出程序设计、串口通信程序设计。 最后，对受电弓PID主动控制系统在实验室弓网模拟装置上进行了实验。完成了PID参数设计、目标接触压力测试和受电弓PID主动控制实验。首次在实验室弓网模拟装置上实现了基于步进电机的PID主动控制，结果证明了PID主动控制策略可以有效降低受电弓与接触网之间的接触压力波动，提高弓网间受流质量。 |
| 作者： | 刘冠芳 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 李华伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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