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内燃机车柴油机电子控制及其硬件在环仿真研究
| 论文题名： | 内燃机车柴油机电子控制及其硬件在环仿真研究 |
| 关键词： | 电子控制;内燃机车柴油机;神经网络;环仿真 |
| 摘要： | 电子控制是目前柴油机研究领域发展的一个重要方向。社会发展对国内铁路行业提出了更高的要求，对内燃机车核心动力设备——柴油机采用电子控制方法替代传统的机械式控制方法成为提高机车各项性能指标的一种有效手段。针对目前国内机车柴油机运用现状，本文确定了以采用时间控制方式的电控单体泵作为执行对象展开研究，按照柴油机-发电机组稳定工作原理，制定了适用于内燃机车柴油机的控制策略，在此基础上设计了面向机车大功率柴油机应用的电子控制单元。针对机车柴油机电控单元传统开发过程周期长、成本高，并且台架试验易受调试环境不稳定、可重复性差等因素的影响，本文将硬件在环仿真技术引入到内燃机车电控领域，对这种高成本的测试提供了一种有效的解决方案。 为了提高控制实时性，电控单元采用了双CPU架构。设计了面向柴油机-发电机组的恒转速控制策略，针对电磁阀电流开环控制的弊端提出了闭环SIP(Start Injection Point)控制方法。为了减小电磁阀电流波形毛刺并且快速下降，在其吸收回路采用了反串稳压管的设计。 电控单元硬件在环仿真平台设计中采用了虚拟仪器技术，系统模型建立过程中结合神经网络建模和物理建模各自的优势，以LabView和Matlab混合编程的方法实现了监控软件对模型的调用，文章最后对硬件在环仿真系统的实时性进行了量化分析。 采用神经网络针对机车用柴油机建立了面向控制行为验证的动态模型。考虑到目标对象属于大惯性的非线性系统，网络结构选用非线性自回归滑动平均模型，为了解决依靠人为经验造成的网络冗余，以递次逼近法确定了模型输入信号的阶次，并用最优脑外科策略优化了网络结构。采用模块化的思路扩展了柴油机外围设备模型，主要包括电控单体泵喷油量和喷射压力模型、主发电机和起动电机模型以及其它环境参量模拟设定，实现了与电控单元的无缝连接。在硬件在环仿真系统内部设计了电控单元在线故障诊断模型，采用数据挖掘技术，将故障诊断问题转化为故障分类问题，对小样本情况下模式识别提供了有效的解决办法。 文章最后对电控单元进行了性能试验，在电控喷油泵试验台上验证了电控单元的基本控制功能，并得到了目标单体泵的相关工作特性；在硬件在环仿真试验中实现了电控单元软件功能和控制策略的测试。试验结果进一步检验了电控单元的控制性能，同时证明了硬件在环仿真系统的可行性与适用性。 |
| 作者： | 刘彪 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 王立德 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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