地铁列车概念车性能模拟及特殊工况仿真计算软件在试车线长度计算中的应用

中铁二院开发的地铁列车概念车性能模拟及特殊工况仿真计算软件,可根据地铁车辆基本参数、牵引及制动特性,建立地铁列车概念车牵引计算模型,对地铁列车概念车其余特性曲线进行计算,验证拟选用的车辆能否匹配当前线路及运营要求。试车线是地铁列车进行动态调试和试验的线路,试车线设计应尽可能满足车辆最高运行速度的试车需求。该文利用该软件,计算80 km/h时速及100 km/h时速地铁列车空载AW0工况在不同档位试车速度下试车线长度,并给出试车线长度建议方案。

计及电热参数更新的高速列车牵引整流器IGBT模块寿命评估

绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为列车变流器的关键部件,其寿命受老化过程中参数变化的影响,为此提出了一种计及电热参数更新的IGBT模块寿命预测方法。首先,利用实车采集到的外部电压、电流数据结合变流器调制策略推导IGBT的驱动信号,进而获得单个IGBT的电压电流;其次,基于数据手册建立Foster热网络模型获取IGBT的结温;之后考虑到实际中IGBT的老化过程,提出一种IGBT结温计算过程中热阻和导通压降的更新策略;最后通过寿命模型对IGBT进行损伤度估算,并通过蒙特卡洛(Monte-Carlo)模拟评估器件寿命计算过程中的不确定性,取得可靠性变化曲线。

基于信息交互的牵引系统控制策略研究

采用独立轮对的有轨电车可最大程度降低低地板车辆的地板高度,无需高站台设计且方便乘客上下车,发展前景十分广阔。但是独立轮对理论上不存在纵向蠕滑力,曲线导向能力下降,因此对列车牵引制动过程中的出力及控制策略提出更高要求,针对独立轮对有轨电车的特点,本文介绍了一种牵引变流器的设计方案及控制策略,从主电路设计、工作原理、硬件结构等方面进行阐述,基于双功率模块的信息交互,从顶层给出牵引力的优化施加目标,基于分段同步调制及矢量控制策略,实现列车牵引力输出的优化控制。最后,通过现场牵引制动试验及极端恶劣线路空转滑行试验验证了所提设计方案的有效性,对独立轮对牵引系统及类似应用场合的牵引系统硬件设计及控制策略具有一定的指导意义。

运营组织模式对列车运行能耗的影响分析

本研究基于CRH3型动车组牵引能耗测算方法,采用计算机辅助模拟设计仿真线路,分析运输组织模式中速度特性、停站方案以及编组方案与能耗之间的关系。研究发现,随着目标速度的增大,动车组运行时分能耗的减少远远小于其运行单耗的增长;在目标速度一定的条件下,动车组的运行能耗随中间站停站次数的增加而增大,并呈现线性关系;在其他条件相同的情况下,动车组运行能耗随编组辆数的增加而增大。本文分析所得结论可为我国高速铁路系统节能提供技术性建议。

城市轨道交通牵引计算模型

为了优化城市列车牵引计算与运行模拟系统的单质点简化模型,提高计算准确性,在快速牵引策略模型的基础上,构造了城市轨道交通列车牵引计算与仿真的多质点优化模型.将列车模型构造为由多个质点构成的质点链,考虑了列车长度在附加阻力计算中的影响;通过工况转换的优化,合理选择惰行起点以及控制速度波动幅度;提高中间过程计算精度,运用反向递推试凑法寻找进站制动起点.多质点模型与单质点模型的计算结果对比表明,技术速度提高了5%～20%,总能耗降低了5%～20%,进站制动初速度降低了5%～25%,该模型可行.

城市轨道交通牵引计算算法

分析了地铁列车的牵引特性和制动特性,提出了三种典型的牵引计算策略,即最快速牵引策略,最经济牵引策略和理想型牵引策略。在最快速牵引策略的基础上,将列车运行过程分解为启动和牵引过程、制动和进站过程、接近限速运行的中间运行过程三部分,针对各个过程分别构建了牵引计算的软件模型和算法。试验线路计算表明,该模型可以计算出区段最短运行时间,并使列车准确停站,具有一定实用价值。

列车空气制动防滑控制及其仿真

列车在制动过程中,如果轮轨间滑移率超过了最佳滑移率,车轮就会打滑甚至空转,损伤车轮和轨道。为避免这种现象的产生,建立了制动气缸压力的非线性模型,利用干扰观测器对黏着系数进行估计,运用递归最小二乘法预测切向力系数与滑移率关系曲线的斜率,采用滑模变结构与逻辑门限值相结合的控制方法对系统进行控制。仿真结果表明,这种方法能够有效地使车轮圆周方向的切向力保持在最大值附近,使滑移率保持在最佳值附近,防止因车轮打滑而损伤轮轨,达到了期望的控制效果。

机车无线同步控制技术对2万t重载组合列车纵向力的影响

针对采用机车无线同步控制技术的2万t重载组合列车(1+2+1),研究其在紧急制动及常用全制动工况下的纵向动力学性能,并提出机车无线同步控制的合理延迟时间。采用自主开发的重载列车纵向动力学仿真计算软件,对单编5千t、单编1万t和2万t组合3种编组方式的重载列车在紧急制动及常用全制动停车工况下的纵向动力学性能进行仿真计算及比较分析;对主、从控机车采用不同延迟时间的2万t组合重载列车在紧急制动工况下的纵向力进行仿真计算。结果表明:2万t组合重载列车的纵向性能优于同等车辆装备的单编1万t重载列车,但差于单编5千t重载列车;2万t组合重载列车的主、从控机车的延迟时间应在4 s以内,才能满足大秦线重载列车运行的需要。

基于多质点的城轨列车牵引计算分析与仿真

为了优化城市轨道列车牵引运行过程,使其运行更为准确、切近实际,通过建立列车多质点模型,以列车运动学方程为基础,采用混合优化牵引策略,对列车运行过程进行仿真。在牵引和制动受力分析过程中采用线性插值法,制动点选取通过反向试凑法获得。根据所设定的列车参数和线路参数,用Matlab进行编程与仿真。仿真结果表明,多质点模型与单质点模型相比可以有效提高列车经过变曲率段和变坡道段的附加阻力精度;线性插值法和混合优化牵引策略的应用,使牵引仿真过程更为接近实际运行过程,符合城轨列车准确、快速的运行要求,为城轨列车自动驾驶研究提供必要的理论依据。

高速列车牵引传动系统综合仿真平台的分析与设计

本文介绍CRH2型高速列车牵引传动系统结构和工作原理,对基于多学科协同仿真的高速列车综合仿真平台进行分析和研究。利用支持UML的Rational Rose工具进行完整的系统需求分析,介绍仿真平台的组成及各部分功能,提出基于HLA-RTI和反射内存网的混合网络系统架构,并基于该平台对CRH2型高速列车进行综合仿真试验,验证仿真平台的有效性。

基于卡尔曼滤波的轮对速度估计及仿真

高速列车在制动防滑过程中,由于轮轨蠕滑率很小,采用传统的速度测量和估计方法难以获得轮对速度的快速动态变化,为此建立了车辆系统离散状态方程,采用卡尔曼滤波的方法对轮对速度进行估计,并根据车轮速度和轮对减速度随着轨面条件的变化,实时修正协方差矩阵,以保证估计的稳定性和准确性。通过几种估计方法的对比分析结果表明,在轮对速度发生突变时,平均值估算法将严重偏离实际值。受轨面条件的影响,最大值估算法存在较大的波动,不适合应用于防滑过程中轮对速度的估计。卡尔曼估计法在各种条件下具有有效性和准确性。

适用于多模式脉宽调制的通用切换策略研究

在大功率牵引传动系统中,广泛采用多模式调制策略,例如,中间60°调制、SHEPWM、CHMPWM等,以在有限的开关频率下实现牵引电机的全速度范围运行。在采用不同的多模式脉宽调制(pulse width modulation,PWM)策略时,通常需要研究相应的切换策略以保证不同调制方式之间的平滑切换。对多模式调制下的谐波磁链轨迹、谐波磁链幅值以及磁链幅值偏差的计算方式和变化规律进行研究。通过对谐波磁链和定子磁链轨迹的分析计算,可以更加直观地对不同PWM策略的性能进行对比。在此基础上,提出一种通用的基于谐波磁链和磁链幅值偏差的不同PWM策略之间的切换方法。该方法不需要复杂的理论计算,不受限于具体的调制方式,只需根据调制比画出切换前后两种调制方式的谐波磁链幅值偏差和实际磁链幅值偏差即可准确判断出最优切换点,具有很好的通用性。仿真和实验结果证明了该切换策略的有效性。

长大列车制动系统减压特性的计算机模拟

本文根据空气动力学原理,建立了包括列车主管和支管的空气制动系统数学模型,并编制了相应程序。建模时,视管内流动为一维、有摩擦、非等熵不定常流,其数学模型的基本方程为一组偏微分方程,采用特征线法求解,应用该程序计算了不同主管直径、长度,不同支管直径、长度,以及不同初压、不同开口比及管内壁粗糙度等因素对减压特性的影响,结果和试验数据基本吻合。

列车优化操纵原则及其优化操纵策略的数学描述

介绍了根据牵引计算专家知识和优秀司机驾驶经验 ,确定列车优化操纵原则、列车运行过程中的优化指标及其优化操纵策略的办法 ,给出了列车操纵方案的数学描述 ,为列车优化操纵示意图的自动生成系统及列车自动控制 (ATC)模式的研究奠定了基础。

三点式逆变器的控制

阐述了铁路牵引用三点式逆变器的控制方式，并对几种ＰＷＭ方法作了比较，得出一种适合大容量装置的单脉冲和ＰＷＭ相结合的控制方法，且由８０９７ＢＨ微处理器来实现，所得的实验波形与理论推导相符。

关于列车牵引计算的研究

简要介绍列车牵引计算的作用及其发展概况,论述了应用电算程序进行详细计算的必要性,并应用列车牵引计算规程多质点模型的计算方法按照我国实际列车编组及操纵条件进行牵引和制动的模拟计算,通过与试验实测结果的对比,表明该电算方法具有良好的仿真精度和实用意义,据此提出了今后的发展方向。

考虑冲击限制和响应下列车参考速度仿真模型

为提升地铁列车参考速度仿真模型的可靠性,对列车运行速度计算的影响因素进行分析,在常规列车参考速度仿真模型基础上建立一种改进模型.常规参考速度仿真模型通常将列车响应加速度直接等效为给列车的指令加速度,在改进模型中综合考虑了该过程中地铁列车牵引/制动系统对指令加速度的冲击率约束处理和响应加速度的动态实现过程.应用该模型对哈尔滨地铁列车的参考速度进行了仿真分析,并将常规模型、改进模型的计算结果与实测数据进行对比.结果表明:与常规模型相比,通过改进模型获得的参考速度计算结果与实测数据具有更高的吻合度.列车参考速度是自动驾驶系统跟踪控制的基本参数,在常规模型基础上考虑指令加速度冲击限制和响应过程可提高计算精度.

城市轨道交通列车紧急自牵引方案研究

目前,城市轨道交通列车的行驶完全依赖于外部电力供应,这就限制了断电情况下列车移动的灵活性。提出了基于车载储能装置的运营列车在外部供电瘫痪的紧急情况下的自行牵引移车方案,并对系统架构、储能装置的设计及列车运行工况等进行了分析。该方案可极大地提高列车移动的灵活性,将会在紧急救援中发挥积极作用。随着储能技术、电力电子技术日益成熟及其成本的降低,自牵引技术将会在列车上逐步得到实际应用。

高速列车电空联合制动控制研究

由于轮轨黏着状态受车轮和轨道的表面状况、外部环境以及车辆速度等因素变化的影响,为了保证车辆在高速阶段制动的有效性和安全性,并获得最大的黏着利用,防止车轮因打滑而损伤轮轨,控制系统必须提供稳定有效的制动力。为此建立了新的制动气缸压力模型、鼠笼型异步电机模型和90个自由度的动车多刚体模型,采用Oldrich Polach的黏着力计算模型,并加入轨道激扰。开关信号控制气缸的冲排气,直接转矩策略控制电机,改进的递归最小二乘法判别车轮粘滑状态,滑模控制算法计算最佳制动力。当电机输出的制动力不足时,空气制动加以补充。仿真结果表明,基于上述方法的防滑控制系统具有良好的性能,达到了期望的控制效果。

列车牵引粘着控制及其仿真

列车在牵引工况下,如果轮轨间相对滑动速度超过最佳相对滑动速度,车轮就会打滑甚至空转,损伤车轮和轨道。为避免这种现象的产生,建立轮轨牵引力矩传递的简化模型,利用干扰观测器对粘着系数以及车辆速度进行估计,运用递归最小二乘法预测切线力系数与相对滑动速度曲线的斜率,以判断当前状态是否滑动,采用模糊PID控制算法对系统进行控制。仿真结果表明,这种方法能够有效地使切线力系数保持在最大值附近,使相对滑动速度保持在最佳值附近,防止因车轮打滑而损伤轮轨,达到了期望的控制效果。