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基于MBSE的动车组牵引系统建模与验证
| 论文题名： | 基于MBSE的动车组牵引系统建模与验证 |
| 关键词： | 动车组;牵引系统建模;仿真平台 |
| 摘要： | 动车组牵引系统是确保动车组高效安全运行的关键。然而，由于动车组牵引系统涉及面广，设计信息依靠自然语言制定的系统需求规范容易导致设计信息遗漏，设计思路在初期无法得到验证，只有到了物理设计阶段才进行测试；一旦出现问题就会返工。本文以某公司“基于模型的系统工程研究”项目为应用背景，围绕牵引系统具体的业务需求展开研究。将基于模型的系统工程引入到牵引系统的研究中，结合选定的OFAP(Operation、Function、Architecture、Physics)方法进行牵引系统的业务层、功能层、架构层和物理层的模型创建。最后，以构建的牵引系统架构模型为基础进行模型之间的追溯和牵引系统启动逻辑仿真。本文的主要工作有以下几点： (1)将MBSE思想应用到动车组牵引系统的研究中，解决基于文档的系统工程在系统设计中存在的信息表达不够准确，初期的设计思路无法得到验证的问题。综合分析两种建模语言、三种建模工具、四种建模方法，选定在牵引系统中应用MBSE的三大支柱。 (2)对牵引系统的利益相关者仔细分析，创建利益相关者层级图；整理利益相关者需求进行条目化处理，利用软件的扩展功能在创建需求元模型的基础上建立需求模型。对条目化需求中的功能性需求进行用例建模，环境约束条件采用参数图通过改变参数验证约束的有效性；在需求模型与用例模型之间建立追溯矩阵。 (3)结合用例模型并且参考EN15380-4的标准综合分析牵引系统功能。在创建功能元模型的基础上建立功能建模，得到牵引系统功能层级图；并且对功能进行分解，描述交互场景。分析牵引系统架构，输出牵引系统的架构模型和部件交互图，在架构模型和功能之间建立追溯关系。分析架构模型中牵引变压器、牵引变流器、牵引电机的组件，建立组件层级图；并且完成变流器内部的交互模型，CCU与TCU之间的端口模型。 (4)以司机启动牵引系统为主线搭建仿真平台，重用TCU控制四象限启动功能模型、牵引系统部件交互模型、牵引变流器组件交互模型和CCU给TCU传递信号端口模型。然后，创建牵引系统和高压系统之间的行为模型，建立以司机控制台为外部激励的受电弓控制开关、牵引手柄等四个触发模块。在进行仿真配置的基础上完成牵引系统的启动逻辑仿真。 |
| 作者： | 周锦祥 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 车军;苗兴旺 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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