基于逆变器多模态输出电压的IGBT微小故障特征提取

针对逆变器IGBT模块发生微小故障引起特征信号变化,相较于电路正常运行信号十分微弱、难以检测的问题,提出一种通过采样逆变器端口输出电压来提取IGBT微小故障特征参数的方法。方波控制策略下,逆变器输出电压包含稳态和暂态两种工作模态,可进一步划分为6个暂态模态和6个稳态模态,因此利用Elman神经网络完成工作模态划分。暂态工作模态中,通过将开关状态下的逆变器等效成二阶系统,完成系统的参数辨识;基于此提出一种输出电压原始数据和系统辨识参数相融合的方法,提取二阶系统的超调量、峰值时间以及暂态电压斜率作为暂态故障特征参数,既降低了实际系统原始数据噪声的干扰,又避免了等效二阶系统参数辨识误差对故障特征提取效果的影响。仿真和实验验证了所提方法的有效性。

多电平逆变器开关管开路故障容错重构策略

针对有源中点箝位(ANPC)三电平逆变器难以对多管复合开路故障进行有效容错的问题,提出一种改进型三电平ANPC逆变器容错拓扑。为对比所提改进型ANPC容错拓扑与已有拓扑结构的整体容错性能,提出了一种基于系统输出特性的可靠性计算方法。同时,为改进传统控制算法无法容错非预期故障的不足,提出一种在线容错拓扑重构控制算法,能够基于故障信息实时求解容错拓扑重构方式,并得到可行的等效开关状态,实现对于故障的实时容错控制。仿真和实验结果验证了所提容错拓扑及其重构控制算法的有效性。

基于CAN总线的重载列车制动机控制网络设计与实现

针对当前广泛应用于重载列车的CCBII制动机系统关键技术的国产化程度较低的问题,将CAN总线引入系统,对相应的制动机网络控制系统设计和实现中所涉及的关键技术进行研究。在对CCBII制动机组成结构及工作原理进行剖析的基础上,提出了基于CAN总线的制动机网络控制系统总体架构,完成了控制网络中基本功能控制节点的软硬件设计;其中硬件部分完成了通用型功能控制节点的硬件设计与选型,软件部分通过合理制定CAN应用层协议,分别完成了主、从节点各自的通信调度与控制功能模块的设计;并最终对CCBII制动机系统进行网络通信与控制的实验与测试,初步验证了CAN总线网络中各个节点的数据输入输出功能和通信功能的正确性,实现了基本的制动控制功能。实验测试结果表明,所设计系统也为CCBII制动机其他关键部件的国产化研究提供了测试与验证平台。

MMC模块电容电压波动分析与均衡控制研究

针对模块化多电平变流器(MMC)各子模块(SM)电容电压不平衡问题,对载波移相调制(CPSM)下相应SM电容电压均衡控制策略进行了研究。首先介绍了MMC的拓扑结构,分析了其工作原理;其次为分析MMC SM电容电压的波动和内部环流的基本成分,以双载波移相调制策略为出发点,对电容电压波动和环流进行了数学分析;在此基础上将SM电容电压和上下桥臂电流作为反馈信号,提出了电容均衡控制策略;最后通过仿真建模和实验室环境下搭建的小功率单相MMC实验系统,验证了所提控制策略的正确性和有效性。

城市轨道交通列车驾驶仿真器研究

城市轨道交通列车驾驶仿真器是城市轨道交通部门进行技能培训的高科技设备,能够进行精确的列车操纵性能仿真和逼真的列车驾驶环境仿真。基本功能包括模拟操纵功能、列车动力学计算功能、故障判断培训功能、视景和声音仿真功能以及运动仿真功能。针对城市轨道交通特点,给出了轨道交通列车驾驶仿真器的运行仿真数学模型,提出采用分布式计算机体系结构、MPEG视频压缩技术和基于DirectSound技术的多媒体声音系统,设计具有4层5自由度液压运动平台的驾驶仿真器。并基于以上技术完成了北京地铁交流传动电动客车列车驾驶仿真器的研制,成功应用于北京地铁技术学校学员和北京地铁司机的教育培训。

HDLC协议一致性测试系统的研究

HDLC协议一致性测试是保证不同厂家生产的HDLC通信设备之间实现互联、互通和互操作的前提;在对协议一致性测试基本工作原理进行简要分析的基础上,提出了HDLC协议一致性测试的基本方法以及测试过程中基于FSM模型的数据收发处理机制;并在实验室环境下构建了一致性测试硬件平台,设计了测试准备、测试执行和测试评估相关环节所涉及的基本软件功能模块,完成了HDLC协议一致性测试的基本功能;实际运行和测试结果表明,所设计的测试系统达到了预期结果;目前,该系统已成功应用于高速动车组上的通信测试,测试案例可以根据实际需求进行添加、删除和修改,提高了一致性测试的灵活性和完备性。

动车组机械师实训系统通信控制网络的设计与实现

针对目前动车组机械师培训的模拟器控制部件繁多,各系统之间无法实现互联,且各系统底层数据采集部分集中控制方式在可靠性、实时性以及扩展性等方面存在的不足,对动车组机械师实训系统的新型分布式控制网络进行了设计。在对动车组机械师实训系统组成结构和实现功能进行剖析的基础上,提出了在工业以太网基础上融入CAN总线的具有三层结构的分布式动车组机械师实训系统整体网络架构,完成了控制网络中两类基本通信功能单元的软硬件设计。其中硬件部分搭建了主节点分布式处理单元(DPU)以及通用型从节点CAN数据输入输出单元;软件部分重点基于轮询策略完成了主、从节点各自的通信调度以及数据采集功能,并且合理制定CAN应用层协议,同时完成了以太网接口及网关协议的设计。最后,选取车顶高压子系统进行网络通信与控制的实验与测试,实验结果验证了CAN总线网络中各个节点的数据输入输出功能和通信功能的正确性以及与上层以太网的互联互通功能。

动车组牵引电机温升测试系统设计研究

动车组牵引电机温升变化状态是评估动车组安全可靠运行的重要指标之一;基于工程计算测温原理对动车组牵引电机温升测试系统的设计进行了研究;在对工程计算方法进行分析的基础上,完成了基于CPCI总线的测试系统的硬件设计,并基于LabVIEW软件开发平台对系统软件进行了设计,同时采用线性插值法实现温度数据的处理,提高了测试精度;系统通过对某一型号试验动车组牵引电机的实际温升测试,获得了包括时间、速度、温度信号在内的3 720组实测数据,并得到相应的温升变化曲线;当进风口温度稳定在31℃左右时,随着动车组速度的变化,牵引电机的温升也不断变化,在160℃左右,温升达到最高,试验结果达到了预期效果。

矩阵式LED远光灯智能辅助控制系统

针对现有汽车远光灯需要司机通过自身对路况的判断来完成手动操作,从而可能造成行车时因违规使用车灯而发生交通事故的问题,完成了基于不同路况和周围环境自动调节远光灯照射方式的矩阵式LED远光灯智能辅助控制系统的设计与实现。首先,根据车辆行驶特点及相关交通法规,针对不同的车前路况,提出矩阵式LED远光灯辅助系统的智能控制策略;然后,对系统的软硬件进行设计与实现,硬件部分主要包括主控制器模块、LED电源驱动模块以及矩阵开关控制模块的选型与电路设计,软件部分主要包括驱动电路控制、矩阵开关控制以及智能控制策略等功能模块;最后,在实验室环境下通过搭建完整的实验系统进行了功能测试。实验测试结果表明,所提方法控制结果准确、实时性好、可靠性高、易于实现,达到了预期目标。

牵引变流器优化控制仿真研究

在电力机车牵引变流器优化控制的研究中,动车组牵引变流器是动车组完成电能转换和传递的关键部件,性能好坏直接关系到动车组能否安全可靠运行。针对CRH2A型牵引变流器输出电压变化率大、谐波含量高等问题,对多电平技术在牵引变流器中的应用进行了研究。首先分析了二极管箝位型五电平变流器(DCMLC)和模块化五电平变流器(M2LC)的工作原理及控制策略,分别构建了牵引变流器的优化模型;并根据CRH2A型牵引变流器主电路实际设计参数应用Matlab仿真软件对五电平DCMLC和M2LC分别进行了建模和仿真,比较和分析了牵引变流器中不同逆变器电路拓扑结构及其对应的控制策略对系统输入输出性能的影响。仿真结果初步验证了两种优化模型对CRH2A型牵引变流器性能的改善效果。

计及中点电位平衡ANPC三电平逆变器容错控制

针对有源中点箝位型(ANPC)三电平逆变器开路故障容错控制以及容错运行时中点电位不平衡问题,基于自愈型ANPC(SF-ANPC)拓扑提出改进型拓扑结构,并根据直流侧等效数学模型提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的容错运行时中点电位平衡控制策略。分析改进型ANPC拓扑逆变器在不同开路故障时的容错控制方案,由仿真和实验分析改进型ANPC拓扑逆变器的容错控制以及容错运行中点电位平衡控制效果。结果表明,该容错控制方案能够在逆变器故障容错控制后保证逆变器稳定工作,同时容错运行时中点电位波动得以控制,验证了改进型拓扑结构及容错控制策略的有效性和可行性,逆变器可靠性得到了提升。

单相双绕组变压器匝间短路故障诊断

针对现有方法无法对变压器匝间短路故障的发生时刻及其严重程度同时实现诊断,提出了基于电类特征信号提取的故障诊断方法。在对单相双绕组变压器匝间短路后其输出响应进行分析的基础上,对变压器匝间短路故障的产生进行了建模和仿真;通过提取变压器一、二次侧电流信号的时域故障特征对故障发生时刻进行了诊断;基于此再结合相应电流信号的频域故障特征,采用曲线拟合与数据库比对的方法对匝间短路故障程度进行了有效诊断。仿真和测试结果表明,进行诊断后的结果符合预期的目标。

基于自适应虚拟阻抗的牵引辅助逆变器并联控制

针对传统下垂并联控制法因各列车辅助逆变器线路阻抗不一致导致系统环流较大、功率分配不均及负载电压跌落问题,提出一种基于自适应虚拟阻抗的下垂并联供电控制策略。详细分析列车辅助逆变系统传统下垂并联控制策略及辅助逆变器输出阻抗对系统性能的影响,采用自适应虚拟阻抗对列车辅助逆变器并联供电系统中各模块输出线路阻抗进行调整,使其接近一致,抑制因线路阻抗差异导致的并联供电系统环流,实现功率均匀分配的有效控制。以电压跌落补偿方法解决因线路阻抗及虚拟阻抗引入导致的负载电压跌落问题,并最终设计列车辅助逆变器并联系统双闭环解耦控制结构,实现系统中电容电感元件的解耦控制。仿真和降功率实验系统测试表明,所提控制策略具有有效性与可行性。

地铁列车驾驶仿真器声音仿真系统研究

声音仿真系统是地铁列车驾驶仿真器的重要组成部分。介绍了地铁列车驾驶仿真器的基本结构和功能,提出了利用DirectSound进行声音仿真的基本思路,阐述了基于 DirectSound的地铁列车驾驶仿真器声音仿真系统的具体实现方法。

列车模拟驾驶器中基于CAN的分布式I/O系统设计

针对传统列车驾驶模拟器中面向司机操纵台的集中控制的数据采集系统在可靠性、实时性以及扩展性等方面存在的不足,对基于CAN总线的分布式I/O系统进行了设计。在对某型高速动车模拟驾驶器中司机操纵台数据采集系统结构和接口信号类型进行简要分析的基础上,提出了基于CAN总线的分布式I/O系统网络架构设计,完成了基于CAN总线协议的主从节点的软硬件设计。硬件部分主要完成了基于微控制器P89C591的从节点设计;软件部分则分别完成了主、从节点各自的通信调度以及数据采集和通信功能;并在此基础上,通过封装设计后的API驱动函数的调用,实现了基于CAN的数据输入输出和通信测试功能。测试结果表明,设计的分布式I/O系统基本满足了设计要求,达到了预期目标。

有源滤波器中改进型自适应谐波电流检测算法

针对现有变步长最小均方(LMS)算法在谐波电流检测方面存在的不足,文章提出了一种应用于有源滤波器的改进型自适应谐波电流检测算法。其通过误差信号在原始输入信号所占比例的相关平均估计来消除谐波电流对步长更新的干扰,提高了检测精度;同时,通过对改进算法收敛条件和稳态性能的分析,进一步阐述了本算法在快速收敛性和较小稳态误差方面的优越性。仿真结果表明,该算法在有源滤波器谐波电流检测性能方面达到了预期的优化目标。

双针气压表动作仿真研究

介绍了上海铁道大学计算机仿真与控制研究所研制的双针气压仿真表的基本工作原理,并从硬件和软件两方面阐述了对该双针气压仿真表的一种有效的控制方式。

智能型电机绝缘检测装置的研制

介绍了基于微机控制的、采用直流高压泄漏电流试验法的电机绝缘检测装置的原理,阐述了该检测系统的硬件和软件设计方法。主程序主要由泄漏电流检测、检测参数设置、检测结果查询、串行通信等模块组成。该检测装置经现场使用,取得了良好的效果。

基于扩张状态观测器的牵引逆变器中点平衡控制策略

针对中点箝位型三电平牵引逆变器由于自身拓扑主电路结构而存在的中点电位不平衡问题,对其中点电位平衡的优化控制策略进行了研究。在三电平逆变器旋转坐标系电压电流双闭环控制的基础上,提出了一种基于扩张状态观测器的三电平逆变器中点电位平衡控制策略。基于等效电路模型建立中点电位的一阶数学模型,采用二阶非线性扩张状态观测器实现中点电位扰动的实时估计,之后利用PI控制器实现中点电位波动的补偿,对逆变器电压外环控制策略进行了优化,最后在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真建模。仿真结果表明优化控制策略具有较好的中点电位平衡能力。

MVB协议一致性测试研究与实现

多功能车辆总线(MVB)是列车通信网络标准中明确定义的通信协议,用于车辆内部各功能设备间的信息传输。为了确保来自不同生产厂家的MVB设备的兼容性和互操作性,必须对各个MVB设备进行协议一致性测试。本文在简单介绍协议一致性测试基本工作原理的基础上,分析了MVB协议的特点,提出了对MVB进行协议一致性测试的测试方法和应包括的测试内容。并以过程数据链路层协议为例,详细阐述了MVB设备的测试要求、测试实例的生成、测试运行及测试评估等具体的测试实现过程。最后基于上述测试原理,在实验室环境下设计并构建了基于PC104总线的80486硬件平台和μC/OS-II实时多任务操作系统软件平台的测试系统,完成了MVB过程数据链路层协议的高覆盖一致性测试,给MVB协议其他方面的一致性测试提供了一定的借鉴。