一种列车牵引控制系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种列车牵引控制系统，所述系统包括：1数字信号采集单元、2温度/压力信号采集单元、3主控单元、4风扇控制单元、5电机控制类信号采集单元、6电机控制单元、7脉冲转换处理单元、8数据存储单元、9电源及背板、10系统总线、11内部快速总线；实现了列车牵引控制系统接口多样，功能丰富，便于进行调试，且控制系统控制精度和控制性能较高，能够满足列车运行需求，电机参数辨识误差不大于±10%，动轴轮缘速度及蠕滑速度均可控且蠕滑速度<5km/h的技术效果。
【专利说明】
一种列车牵引控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及列车牵引控制技术领域，具体地，涉及一种列车牵引控制系统。
【背景技术】
[0002]列车牵引控制单元(Drive Control Unit)，简称DCU，是列车牵引传动系统的重要组成部分，可实现对牵引逆变器、制动斩波器的控制，即接收来自列车中央控制单元的主断闭合、方向、牵引/Φ恸等指令及各传感器的反馈信号，输出牵引主电路开关控制信号，对牵引主电路进行控制，使电机输出所需的转矩和功率，并将电制动信息和空转/滑行信息传递给制动控制单元。同时，牵引控制单元还具备全面的故障诊断和保护功能，采取硬件和软件联合保护措施，保证列车安全运行，对牵引主电路进行快速有效的保护。
[0003]在现有技术中，现有的列车牵引控制系统存在接口单一，不便于进行调试和控制，且现有技术中的列车牵引控制系统的控制精度和控制性能较差，不能满足高性能的列车运行需求。
[0004]综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题:
在现有技术中，现有的列车牵引控制系统存在接口单一，不便于使用，且控制精度和控制性能较差的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种列车牵引控制系统，解决了现有的列车牵引控制系统存在接口单一，不便于使用，且控制精度和控制性能较差的技术问题，实现了列车牵引控制系统接口多样，功能丰富，便于进行调试，且控制系统控制精度和控制性能较高，能够满足列车运行需求，电机参数辨识误差不大于±10%，动轴轮缘速度及蠕滑速度均可控且蠕滑速度<5km/h的技术效果。
[0006]为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种列车牵引控制系统，所述系统包括:
I数字信号采集单元、2温度/压力信号采集单元、3主控单元、4风扇控制单元、5电机控制类信号采集单元、6电机控制单元、7脉冲转换处理单元、8数据存储单元、9电源及背板、10系统总线、11内部快速总线；
所述I数字信号采集单元具备数字信号输入输出端口，用于实现与列车牵引控制相关的数字信号采集和发送，通过10系统总线与3主控单元进行通信；
所述2温度/压力信号采集单元用于实现牵引变流器散热系统温度/压力信号的采集，并转换为数字信号通过10系统总线发送给3主控单元用于状态检测和故障保护；
所述3主控单元对内用于实现系统通信管理、逻辑控制、故障保护与状态监测，对外用于实现与列车车载控制网络的通信及调试功能；
所述4风扇控制单元用于系统内部风扇的控制管理，并将风扇故障信息传递给3主控单元用于故障保护；
所述5电机控制类信号采集单元用于采集直接参与电机控制且具有实时性的模拟及数字信号；
所述6电机控制单元用于实现系统内部快速总线的管理及电机控制算法，并将生成的IGBT控制脉冲通过硬线传递给7脉冲转换处理单元；
所述7脉冲转换处理单元用于实现IGBT控制脉冲的电平转换、故障检测及快速保护；所述8数据存储单元对系统运行过程中的关键控制变量进行存储和处理，用于系统的在线调试和离线分析；
所述9电源及背板用于系统供电，通过背板向系统其他功能单元供电；
所述10系统总线由主控单元进行管理，系统总线用于各功能模块间进行通信；
所述11内部快速总线由电机控制算法单元进行管理，用于实现电机控制算法单元与相关信号采集单元间的数据通信，以确保电机控制算法的闭环控制性能。
[0007]其中，所述I数字信号采集单元、2温度/压力信号采集单元、3主控单元、4风扇控制单元、5电机控制类信号采集单元、6电机控制单元、7脉冲转换处理单元均直接连接到10系统总线上。此外，6电机控制单元与7脉冲转换处理单元通过硬线连接;8数据存储单元与I数字信号采集单元之间通过硬线相连;5电机控制类信号采集单元、6电机控制单元直接连接到11内部快速总线。
[0008]其中，所述系统提供MVB通信接口具备与列车车载控制网络的通信功能，提供以太网及串口具备便捷的人机交互和设备调试功能。
[0009]其中，系统内部采用总线方式实现信息传输及管理，且根据传输信号需求不同，至少包含系统总线和内部快速总线。
[0010]其中，系统内部对于安全性较高的信号，如脉冲封锁信号采用总线通信与硬线冗余的通信方式，提高设备安全性能。
[0011 ]其中，系统能够对列车主断路器、充电接触器、短接接触器和放电接触器进行控制，系统具备牵引主电路逻辑控制功能。
[0012]其中，所述系统具备网络和应急两种控制模式，当车载网络系统无故障时，系统默认采取网络控制模式，控制信号来源于列车车载控制网络;若网络系统出现故障或采集到司机发出的应急控制指令，则系统进入应急控制模式，控制信号来源于硬线连接。
[0013]其中，所述系统具备恒速控制功能、紧急牵引功能、空车重车调整功能，满足列车在不同运行条件下的控制需求。
[0014]其中，所述系统采用基于矢量控制的全速域控制算法及分段同步调试算法，同时具备电机参数辨识能力和防滑/防空转控制功能。
[0015]其中，系统内所有功能板卡(除电源板和背板外)，均具备硬线复位(系统复位)及软件复位功能(通过总线通信实现)及板卡运行状态诊断功能。
[0016]其中，系统内所有功能板卡(除电源板和背板外)均具备独立的硬线脉冲封锁能力，即板卡发生严重故障等异常情况时可通过本板卡上的硬线开关实现D⑶脉冲封锁。
[0017]其中，系统可实现列车牵引/电制动的闭环控制，同时具备完善的逻辑控制及故障保护功能，可实现网侧过压、欠压、直流电压过压、欠压、过流、逆变器输出过流、斩波过流等故障保护，并具备硬件快速保护功能。
[0018]其中，系统对外具备数字信号输入输出、模拟信号采集、速度信号采集、电制动力信号采集与反馈、手柄极位信号采集功能，其数字信号电平与模拟信号采集范围均可根据实际应用系统进行调整。
[0019]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点: 本实例具备便捷的调试与测试接口，其中主控板具备串口和以太网接口，电机控制板具备串口调试接口，数据存储版具备以太网及USB接口。系统可配合上位机调试软件，通过各调试接口实现控制程序下载、DCU控制状态及数据实时显示、DCU历史数据存储与显示及在线参数调试功能。
[0020]本实例采用以下方式实现参数辨识:通过向牵引电机注入单相正弦信号获取电机相应的响应，根据响应曲线与注入信号之间的关系计算出牵引电机参数，该离线辨识结果作为电机闭环控制的初始值;基于牵引电机离线辨识结果，以牵引电机本体作为参考模型，电机状态空间方程作为可调参数模型，采用模型参考自适应系统对电机参数进行动态补偿，实现牵引电机参数的实时在线辨识。
[0021]本示例采用以下方式进行空转/滑行控制:通过检测蠕滑速度和蠕滑加速度来检测和判定牵引/制动工况下的空转/滑行现象，利用再粘着优化控制自动搜索当前路况的粘着峰值点，实时动态调节电机目标转矩，在恢复粘着控制的同时保证蠕滑速度不超过5km/h，以充分利用粘着。
[0022]综上，本实例采用的电机控制算法为基于矢量控制的全速域控制算法及分段同步调试算法，同时具备电机参数辨识能力和防滑/防空转控制功能，其控制性能及谐波要求均可满足列车运行需求，电机参数辨识误差不大于±10%，动轴轮缘速度及蠕滑速度均可控且蠕滑速度<5km/h。
【附图说明】
[0023]此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本申请实施例一中列车牵引控制系统的结构示意图；
图2是本申请实施例一中列车牵引控制系统实施案例的示意图；
其中，I数字信号采集单元、2温度/压力信号采集单元、3主控单元、4风扇控制单元、5电机控制类信号采集单元、6电机控制单元、7脉冲转换处理单元、8数据存储单元、9电源及背板、1系统总线、11内部快速总线。
【具体实施方式】
[0024]本发明提供了一种列车牵引控制系统，解决了现有的列车牵引控制系统存在接口单一，不便于使用，且控制精度和控制性能较差的技术问题，实现了列车牵引控制系统接口多样，功能丰富，便于进行调试，且控制系统控制精度和控制性能较高，能够满足列车运行需求，电机参数辨识误差不大于±10%，动轴轮缘速度及蠕滑速度均可控且蠕滑速度<5km/h的技术效果。
[0025]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0026]下面结合具体实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0027]实施例一:
请参考图1-图2，本申请提供了一种列车牵引控制系统，本实例可实现列车牵引/电制动的闭环控制，具备网络和应急两种控制模式、恒速控制功能、紧急牵引功能、空重车调整功能、主电路逻辑控制及完善的故障保护功能。
[0028]图2中数字1板、辅助板、电机信号板、AD板为系统的对外数据采集板卡，分别实现数字信号采集，温度压力信号采集，电制动力、手柄级位及速度信号采集，主电路电压电流传感器信号采集，并将采集到的控制信号通过总线发送给主控板及电机控制板，为列车牵引控制提供输入。上述板卡均采用两块FPGA实现，一块用于板卡通信管理，一块用于板卡控制。
[0029]主控板和电机控制板为系统的总线管理及主要控制板卡，主控板实现系统总线管理及主电路逻辑控制与故障保护，电机控制板实现内部快速总线管理及电机控制算法。两块板卡均通过FPGA实现总线管理，其中主控板选用5D34作为主控芯片，电机控制板采用TMS320F28335PGFA+FPGA 作为控制芯片。
[0030 ]在总线设计方面，本实例选用3 3MHz、3 2b i tPC I总线作为系统总线，通过PCI透明桥实现设备扩展以满足DCU控制需求。同时为了满足电机控制算法闭环控制性能的需求，选的EBI总线作为独立的内部快速总线，实现电机控制板、电机信号板及AD板的信号传输。此外，本实例还预留了 CAN总线，由主控板进行管理，便于后续扩展。
[0031]系统控制输出通过数字1板、电机信号板及脉冲转换板完成，实现对主电路继电器控制、电制动力反馈及IGBT驱动控制。其中脉冲转换板采用两块FPGA实现，一块用于板卡通信管理，一块用于板卡控制。
[0032]本实例具备完善的故障保护功能，主要体现在以下几个方面:
故障检测和保护主要由主控板实现，故障类型包括电压电流类故障、主电路接触器类故障、通信类故障、散热系统故障、输出牵引力/制动力不足故障等。
[0033]为了确保电压电流类故障检测的实时性和有效性，系统通过AD板进行电压电流类故障检测，并将故障代码发送给主控板进行故障保护，同时若AD板检测到严重的过压过流保护，则AD板可实行硬件快速保护，直接封锁脉冲以确保系统安全。
[0034]脉冲封锁功能是DCU进彳丁失效和故障保护的关键功能，为提尚系统安全性及可靠性，脉冲封锁采用硬线控制实现，且每张板卡均具备独立的脉冲封锁开关，同时主控板可通过总线实现对其他板卡脉冲封锁开关的控制。硬线脉冲封锁遵循故障导向安全，采用低电平代表脉冲封锁命令有效，且各板卡脉冲封锁开发以串联方式连接，即任意板卡的脉冲封锁命令有效，则系统输出脉冲封锁命令。
[0035]上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点:
本实例具备便捷的调试与测试接口，其中主控板具备串口和以太网接口，电机控制板具备串口调试接口，数据存储版具备以太网及USB接口。系统可配合上位机调试软件，通过各调试接口实现控制程序下载、DCU控制状态及数据实时显示、DCU历史数据存储与显示及在线参数调试功能。
[0036]本实例采用的电机控制算法为基于矢量控制的全速域控制算法及分段同步调试算法，同时具备电机参数辨识能力和防滑/防空转控制功能，其控制性能及谐波要求均可满足列车运行需求，电机参数辨识误差不大于±10%，动轴轮缘速度及蠕滑速度均可控且蠕滑速度<5km/h。
[0037]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0038]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种列车牵引控制系统，其特征在于，所述系统包括: I数字信号采集单元、2温度/压力信号采集单元、3主控单元、4风扇控制单元、5电机控制类信号采集单元、6电机控制单元、7脉冲转换处理单元、8数据存储单元、9电源及背板、10系统总线、11内部快速总线； 所述I数字信号采集单元具备数字信号输入输出端口，用于实现与列车牵引控制相关的数字信号采集和发送，通过10系统总线与3主控单元进行通信； 所述2温度/压力信号采集单元用于实现牵引变流器散热系统温度/压力信号的采集，并转换为数字信号通过10系统总线发送给3主控单元用于状态检测和故障保护； 所述3主控单元对内用于实现系统通信管理、逻辑控制、故障保护与状态监测，对外用于实现与列车车载控制网络的通信及调试功能； 所述4风扇控制单元用于系统内部风扇的控制管理，并将风扇故障信息传递给3主控单元用于故障保护； 所述5电机控制类信号采集单元用于采集直接参与电机控制且具有实时性的模拟及数字信号； 所述6电机控制单元用于实现系统内部快速总线的管理及电机控制算法，并将生成的IGBT控制脉冲通过硬线传递给7脉冲转换处理单元； 所述7脉冲转换处理单元用于实现IGBT控制脉冲的电平转换、故障检测及快速保护；所述8数据存储单元对系统运行过程中的关键控制变量进行存储和处理，用于系统的在线调试和离线分析； 所述9电源及背板用于系统供电，通过背板向系统其他功能单元供电； 所述10系统总线由主控单元进行管理，系统总线用于各功能模块间进行通信； 所述11内部快速总线由电机控制算法单元进行管理，用于实现电机控制算法单元与相关信号采集单元间的数据通信，以确保电机控制算法的闭环控制性能。2.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述系统具备MVB通信接口、以太网及串口。3.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，系统内部对于脉冲封锁信号采用总线通信与硬线冗余的通信方式。4.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，系统能够对列车主断路器、充电接触器、短接接触器和放电接触器进行控制，系统具备牵引主电路逻辑控制功能。5.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述系统具备网络和应急两种控制模式，当车载网络系统无故障时，系统默认采取网络控制模式，控制信号来源于列车车载控制网络;若网络系统出现故障或采集到司机发出的应急控制指令，则系统进入应急控制模式，控制信号来源于硬线连接。6.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述系统具备恒速控制功能、紧急牵引功能、空车重车调整功能。7.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述系统采用基于矢量控制的全速域控制算法及分段同步调试算法，同时具备电机参数辨识能力和防滑/防空转控制功能。8.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述系统内所有功能单元除电源和背板外，均具备硬线复位及软件复位功能及单元运行状态诊断功能。9.根据权利要求1所述的列车牵引控制系统，其特征在于，所述系统内所有功能单元除电源和背板外均具备独立的硬线脉冲封锁功能。
【文档编号】G05B23/02GK106054864SQ201610534331
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】崔恒斌, 王玉松, 王娜
【申请人】成都运达牵引技术有限公司