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列车牵引控制单元软硬件设计与研制
| 论文题名： | 列车牵引控制单元软硬件设计与研制 |
| 关键词： | 电力机车;牵引控制单元;软硬件设计;运行管理 |
| 摘要： | 牵引传动系统是电力机车的关键组成部分，运行性能关系着列车的安全和稳定。牵引控制单元(Traction Control Unit，TCU)是牵引传动系统的控制核心，具有控制、监测、通信等功能，对牵引传动系统性能起决定性作用。随着国内高速铁路网的全面兴建，我国电力机车现已基本实现自主化，但部分关键性部件(如车载TCU)等只能进行生产制造、故障检修，不具备研发、升级和创新的能力。因此，分析车载TCU的功能和运行机理，研究TCU软硬件设计，对我国电力机车发展意义重大。 车载TCU需要处理的信号为牵引传动系统中传感器和执行部件信号，按照性质和功能可划分为控制类信号和监控类信号两大类，分别对应车载TCU的控制和监控功能。而车载TCU通信功能可分为对外系统级通信和内部设备级通信，对外系统级通信是电力机车各标准设备之间的数据交互，按照列车通信网络标准要求，采用多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，MVB)协议实现;内部设备级通信用于完成TCU内部数据交互，采用在工控设备中常用的紧凑型PCI(Compact PCI，CPCI)协议实现。根据车载TCU信号和通讯数据流特性，设计不同子板共同构成TCU硬件系统:控制子板、模拟子板、数字子板组成控制模块完成控制功能;系统监测子板、安全辅助功能子板构成监测模块完成监测功能;网络通信子板组成通信模块完成通信功能;DC24V电源子板、CPCI电源子板组成电源模块为系统提供供电。所有的子板通过背板连接，九块板卡安装在所设计的机箱中，构成TCU硬件系统。此外，设计完整的接地与屏蔽方案，保证TCU在大功率强磁环境中能够稳定工作。 牵引传动系统可分为网侧和电机侧两个部分，在半实物仿真器RT-LAB中进行建模，网侧模型包括四象限脉冲整流器模型和中间直流环节模型，电机侧模型包括牵引逆变器模型和电机模型。通过搭建TCU与RT-LAB硬件在环实验平台，完成TCU软件算法的设计和研究。四象限脉冲整流器采用瞬态电流控制，电机侧采用矢量控制和SVPWM算法，硬件在环实验结果表明所设计TCU软件算法能够实现四象限脉冲整流器单位功率因数运行，并能够提供稳定的直流侧电压;电机侧电机能够平滑启动，满足输出转矩脉动小，转速平稳的要求。 最后，设计TCU与110kVA牵引传动系统联调实验平台，在强磁环境中对TCU软硬件功能进行测试。实验结果进一步验证了，本文所设计TCU硬件系统能够在大功率场合稳定运行，软件算法能够实现牵引传动系统的控制。为TCU的工程化提供参考，为牵引传动系统控制算法的深入研究提供实验平台。 |
| 作者： | 王雨琦 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 葛兴来 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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