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原文传递高速受电弓控制系统研究

论文题名：	高速受电弓控制系统研究
关键词：	控制系统;受电弓;气动控制;电子控制;仿真分析
摘要：	受电弓受流系统，作为现代高速动车组高压牵引系统的重要子系统，其性能的优劣已经成为制约动车组安全运行的主要瓶颈之一，研究弓网高速受流的稳定性与可靠性，已经成为高速动车组的重要研究课题。良好的弓网受流匹配特性，需要良好的受电弓机械结构、电子控制，使之能在高速条件下，适应弓网间的高频动态振动，同时又能有效的进行受流。近年的研究表明在优化受电弓空气动力学的同时，对受电弓的升弓力矩进行主动控制，亦能够显著的改善弓网的受流品质。因此，研究受电弓升弓力矩开环主动控制，从而研制具有稳定高效的高速受电弓控制系统，对高速受电弓的发展具有重要意义。　　本文以高速受电弓控制系统为研究对象，以提高受电弓升弓力矩的随动性，改善控制系统的气动输出特性为出发点，在分析国内外受电弓控制系统的基础上，研究分析了高速受电弓控制系统，具体包括气动控制系统与电子控制系统。主要完成的内容如下: 　　(1)遵循控制系统研究基本原则，论文首先分析研究了高速受电弓控制系统的控制机理，分析了该控制系统的控制需求，定义了控制系统的输入、输出接口;此外还分析研究了控制系统的控制对象——受电弓机械结构，分析了受电弓机械机构的运动特性。　　(2)针对受电弓控制系统的气动控制部分，利用气动系统的基本方程，构建了气动系统的关键部件——带先导控制功能的减压阀、自动降弓阀、高速开关阀的气动模型，并在AMESim环境下就影响气动部件的关键参数进行了分析讨论，这为提升气动控制系统的控制性能，增强动态输出响应能力及系统参数设计提供依据。　　(3)针对受电弓控制系统的电子控制部分，基于故障导向安全的原则，研究了电子控制系统的控制逻辑，并在MATLAB/Simulink环境下提出了一种可行的逻辑控制方案，该方案的仿真分析结果表明该逻辑能够响应控制系统的逻辑控制需求，系统在故障时能够进入故障模式，保证受电弓的安全运行。　　(4)运用AMESim与MATLAB/Simulink综合仿真技术，并采用基于Bang-Bang控制的开环主动控制策略，仿真分析了高速受电弓控制系统中的气动控制与电子控制系统;仿真结果表明在正常运用条件下，电空系统运行稳定，系统输出满足要求;在气动控制故障或者逻辑控制故障下，系统的气动部分和电子控制部分都能够做出利于安全运行的动作;气动系统与电子控制系统匹配良好。　　(5)分析研究了控制策略对系统控制性能的影响，主要包括Bang-Bang、PWM及模糊Bang-Bang等控制策略;仿真结果表明上述几种控制策略均能够满足开环主动控制基本需求，满足EN50367标准中对弓网接触力的要求;此外还从系统输出精度、工程性及运行维护等角度考虑，认为采用Bang-Bang控制策略更为适合当前的高速受电弓控制系统。
作者：	郭桂林
专业：	车辆工程
导师：	王俊勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文