基于CAN通信和UART通信的ECU板卡程序升级方案设计

为实现电子控制单元内的板卡程序可靠升级,将MCU的存储区进行分割,设置了程序备份区域。介绍了基于统一诊断服务UDS协议和CAN通信的启动加载程序Bootloader升级板卡程序的方案,并在此基础上设计了基于Ymodem协议UART通信的在线程序升级方法。该方法利用MCU支持边读边写功能,通过在应用程序里增加程序下载任务,使用Ymodem协议接收程序,并将程序烧写至备份区内,待板卡再次上电后,利用Bootloader将备份区内的程序搬运至程序运行区内,实现程序的更新。为降低程序下载任务对其他任务的影响,减少CPU的占用时间,程序下载任务通过直接存储器访问DMA方式获取串口数据,同时通过在任务中增加延迟防止其他任务被长时间挂起。

单相PWM整流器谐波电流抑制算法研究

单相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器广泛应用于交流传动领域,是交流传动电力机车主牵引和辅助供电系统的重要组成部分,同时也是牵引网的主要谐波源。详细分析牵引网谐波电压和直流电压脉动对单相PWM整流器网侧电流的影响,提出采用嵌入式重复控制和N次陷波器相结合的控制算法,对网侧谐波电流进行抑制。详细讨论电流环嵌入式重复控制器的设计方法,理论分析重复控制算法对牵引网谐波电压的抑制效果,给出电流环控制参数的选取原则。针对直流电压脉动,提出采用N次陷波器抑制其对网侧电流的影响,给出与电压环PI调节器相结合的设计方法,并讨论电压环的跟随性。最后,搭建单相PWM整流器的实验装置,对该算法进行实验验证。实验结果证明了该算法的正确性和有效性。

基于重复观测器的PWM整流器无差拍控制

无差拍控制的PWM整流器,其电流稳定性受控制延时以及交流电流采样通道低通滤波器的影响,文中对其影响机理进行了详细的分析,讨论了开环电流预测方法的预测精度及其由误差引起的电网电流畸变问题,提出了采用基于重复控制思想的状态观测器对电网电流进行预测的方法,以达到提高电网电流预测精度的目的。给出了重复观测器的设计方法并对其稳定性进行了分析。实验结果表明,该算法可有效减小电网电流预测的误差,改善PWM整流器无差拍控制的性能。

基于网压预测的单相PWM整流器比例谐振控制

PWM整流器带谐波补偿器的比例谐振控制能够选择性地抑制电网电流中的谐波含量,然而其补偿的谐波次数受到电流环带宽的限制。当抑制谐波次数较高时,必须对谐振频率处电流环延时进行超前补偿,才能保证电流环的稳定性。随着抑制谐波次数的增多,数字信号处理器的运算量变大。针对上述问题,分析了电网电压谐波对电网电流的影响机理。提出了在电流环比例谐振控制的基础上,采用对电网电压超前预测的方法,在保证电流环良好动态性能的前提下减少PWM整流器电网电流中的谐波含量。最后进行了实验验证,实验结果表明本文提出的电网电压预测方法能够有效抑制电网电压谐波对电网电流的影响。

天气变化时光伏并网系统MPPT算法的仿真研究

光伏并网系统在天气快速变化时,采用传统的扰动观测算法会产生误判。针对这一问题,对dP-P&O算法进行了改进,提出了dP-P&O-dP最大功率跟踪算法,进一步减少了最大功率跟踪过程中的误判现象。引入了变步长的方法解决了跟踪快速性与稳态稳定性难以兼顾的问题,并给出了步长系数的设计原则。在详细分析光伏阵列输出特性的基础上,建立了其随光照变化的仿真模型,并且简化了并网逆变器的模型,采用MATLAB中的S函数编写了提出的最大功率跟踪算法的仿真算法,大大提高了仿真的速度。通过对仿真结果的比较分析,表明了该算法的正确性和有效性。

高速动车组牵引系统无动力回送发电功能的研究

介绍了牵引变流器的结构及基本工作原理,分析了无动力回送发电时牵引系统及辅助供电系统的能量流动关系,着重研究了牵引变流器无动力回送发电时的控制逻辑及中间电压保持控制策略,并对回送发电装置的故障诊断和系统保护策略进行了分析。试验结果表明了控制策略的正确性。

高速动车组牵引传动系统软件开发平台的设计与优化

为了研制具有完全自主知识产权的高速动车组牵引传动系统,提出了基于连续功能图的软件开发平台TKDET。介绍了该软件开发平台的基本原理,并对生成的可执行代码的优化策略进行了讨论。最后给出了应用该软件平台开发的动车组牵引变流器的试验结果,表明了文中提出的软件开发平台的可用性和正确性。

基于重复补偿观测器的四象限变流器无差拍控制

分析了采用无差拍电流控制的四象限变流器的电流稳定性受控制延时以及电网电流采样通道低通滤波器影响的机理。提出了基于重复控制思想状态观测器的电流预测方法,减小了电网电流预测的误差,具有算法简单,预测精度高的特点。实验结果验证了本文提出的电流预测方法的正确性和有效性。

一种新型DC/DC变换器输出滤波器的研究

输出滤波器是DC/DC变换器的重要组成部分,滤波器的大小往往决定了整个电源的体积和重量,同时与整个系统的稳态性能和动态性能等指标有着密切的联系。如何减小输出滤波器中磁性元件的体积成为目前开关电源研究的一个重要方向。本文针对采用并联方式运行的低压大电流的电源,从理论上提出了一种电感集成的新型二级LC输出滤波器,该滤波器在一定程度消除了输出滤波电感的直流磁化,减小了输出滤波器的体积,从而减小了整个电源的体积和重量,实现了电源的小型化,轻型化。从仿真结果来看,这种滤波器提高了DC/DC变换器的稳态性能和动态性能。

基于根轨迹法的单相PWM整流器比例谐振电流调节器设计

比例-谐振(PR)调节器可以实现单相PWM整流器的电流环无静差控制。传统的PR调节器整定方法是分别调整比例和谐振系数,在开关频率\采样频率很低时,电流环不容易稳定。本文在离散域中直接进行设计,用根轨迹法配置电流控制器的零点和增益,保证了电流环的稳定性,并且使电流控制具有良好的稳态和动态性能。仿真和实验结果验证了设计方法的有效性。

我国高速动车组辅助供电系统的比较与分析

阐述了高速动车组辅助供电系统的结构与功能,系统地介绍了目前运行在我国铁路上的4种高速动车组辅助供电系统,详细地比较并分析了各列车辅助供电系统的电路结构、实现方案以及优缺点。最后,通过分析这几种高速动车组的辅助供电系统,提出了今后我国列车辅助供电系统的电压标准建议以及确定辅助供电系统标准结构的思路。

单相4象限变流器的预测电流控制算法研究

分析了单相4象限变流器的主电路及其预测电流控制原理。为了减小控制延时对电流环稳定性的影响,根据电感电流方程,构造了超前一个控制周期的电流估计器。该算法能够消除滞后一拍控制对电流稳定性带来的影响,降低电网电流谐波含量,具有预测精度高、易于DSP实现的特点。实验结果验证了该方法的正确性和有效性,有效改善了交流电流波形。

高速动车组牵引变流器关键数据记录及解析

为保障高速动车组安全运行和满足牵引变流器研发及维护的需要,设计开发了高速动车组牵引变流器关键数据记录及解析系统。本系统以标准CPCI-6U结构数据采集板卡为基础,实现了对模拟信号、高低速数字信号的采集、记录工作,并能通过以太网接口与上位机进行数据传输,完成数据解析。该系统已在多款动车组牵引变流器中得到应用,在实际故障分析中提供了准确的现场数据,为牵引变流器的研发、调试及维护提供了依据。

牵引系统外围环境模拟装置的设计与实现

牵引系统是铁道机车车辆的核心组成部分,需要进行单独的地面调试及试验,外围环境模拟装置可为牵引系统地面调试及试验提供模拟实车的外围环境。外围环境包括网络环境和电信号环境两部分,其中网络环境基于MVB网络,采用Lab VIEW编写控制程序,可模拟下达司机指令等;电信号环境基于PLC进行实现,可模拟提供牵引系统所需电压电流等信号。

动车组牵引逆变器混合脉宽调制算法研究

动车组牵引逆变器具有开关频率低、输出频率范围宽、直流电压利用率高等特点,其脉宽调制(PWM)通常分为低频段的异步调制、中频段的同步调制和基频以上的方波调制。此处对一种适用于动车组牵引逆变器的混合PWM算法进行研究,分析了不同调制模式的原理,重点研究了电流谐波最小PWM(CHMPWM)的最优开关角及不同PWM模式之间的平滑切换策略。试验结果验证了该混合PWM算法的有效性。

轨道车辆牵引系统接地故障点检测方法研究

介绍了轨道车辆牵引系统接地故障检测的基本原理,对轨道车辆牵引系统存在不同接地故障点时的接地电压特征进行了分析,提出了牵引系统接地故障点的检测方法。试验结果证明了所提出方法的正确性和有效性。

牵引变流器限压电阻选型及保护策略研究

详细介绍了牵引变流器中间直流环节限压斩波回路的过压抑制基本原理,给出了限压电阻选取准则。针对限压电阻的过温保护,通过对牛顿冷却定律推导,得到了限压电阻温度实时估算公式,并形成了一种过温保护策略。通过试验得到限压电阻温度估算结果,证明了所采用的过压抑制方法的有效性。

牵引变流器中6500 V场终止IGBT的物理场仿真研究

绝缘栅双极性晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)凭借其优异的载流和抗压能力,在牵引变流器中得到了广泛的应用。通过仿真研究了解其动态特性,对于保障其自身和系统的运行稳定性和可靠性具有重要意义。针对牵引变流器用大功率IGBT封装模块,在分析IGBT工作原理和特性的基础上,充分考虑其静态特性、动态特性以及封装寄生参数影响,结合寄生参数提取矩量法和IGBT动态模型等效电路分析法,建立了精确的IGBT封装电路模型,并通过仿真测试分析对模型进行了验证。此外,以牵引变流器中的整流器电路为例,依据IGBT封装精确电路,构建了更为详细的整流器精确电路模型。仿真结果表明,精确电路模型比理想电路仿真输出能够更加准确地突出系统的高频信息,这对于针对含有大功率IGBT器件系统开展损耗计算、电磁兼容性分析以及风险评估等极具参考价值。