单元教学设计研究与实践——以《动车组牵引与控制系统装调》高职课程为例

单元教学设计是在教学大纲基础上,将成果导向理念下的教法、学法、教学活动的实施,对学习效果的评量等环节的操作方法、手段等具体内容落实到知识点、技能点的纲领性文件,对于开课堂教学起到至关重要的作用。本文以《动车组牵引与控制系统装调》课程单元教学设计为例,重点探讨了教学目标、教学内容、学情分析、重难点分析、教学环节、思政融入、教学评价、教学反思等单元教学设计所涉及的关键问题。

CRH5动车组牵引脉冲整流器自适应优化控制方法研究

针对CRH5动车组牵引主回路脉冲整流器在牵引网压波动下的稳定性问题,提出一种基于自抗扰算法的参数自适应优化控制策略。在CRH5动车组牵引脉冲整流器现采用的dq双环控制结构基础上,针对电流内环采用最速综合fal函数实现控制响应及控制量大小随误差变化自适应调整,基于状态空间方程构建一阶线性自抗扰电压外环控制器以实现对系统扰动的观测及跟踪。由此改善控制器对外部扰动的估计及补偿能力,增强控制器对车网耦合特性变化的适应能力。通过Matlab/Simulink仿真对比分析了基于PID控制和基于参数自适应优化控制的dq电流控制器性能,仿真结果表明,基于参数自适应的dq电流优化控制策略下的整流器直流侧输出电压在启动过程中超调量更小,且在应对网压波动时输出电压波动恢复后的稳态误差小于指标值的1/6,抗干扰能力更强。为进一步验证该控制器应对网压低频振荡的抗扰动效果,在RT-LAB半实物实验平台上搭建动车组-牵引网级联耦合模型对比分析2种控制策略下的牵引网网压波形。结果表明:基于参数自适应的dq电流优化控制更能适应多列动车组同时接入而引发的扰动,抑制牵引网网压大幅度振荡;fal电流环的参数自适应特性能改善控制器动态特性,可根据瞬态误差及时调整控制器响应,且其控制参数适应范围较宽,易于整定。

基于PHM技术的动车组牵引设备健康管理系统分析

阐述基于PHM技术的动车组牵引设备健康管理系统的设计和应用,通过对系统的需求、功能架构设计以及关键技术的分析,为动车组牵引设备的健康管理提供一个全面、实用的框架。

高速动车组牵引传动系统转矩脉动测试分析

交流传动技术广泛应用于高速铁路动车组牵引传动系统,牵引变流器直流环节电压存在2倍牵引网电压频率的脉动分量,会在牵引电机侧产生拍频电流,从而引起转矩脉动,不利于动车组机电系统稳定运行。文中首先分析了转矩脉动产生的原理,然后针对两种典型动车组牵引变流器主电路进行了结构建模,通过数字仿真分析了转矩脉动的主要影响因素。接着基于现场实测,验证了理论分析的正确性,并获得了转矩脉动产生机械应力的关系,表明转矩脉动易对牵引电机及转向架等相邻机械部件产生机械损耗。最后,从硬件电路和软件控制两方面对转矩脉动抑制技术进行了探讨。

基于正向设计的动车组牵引系统建模与实现

随着轨道交通产品复杂程度的提高、智能水平的发展,动车组牵引系统的设计需要更有效的需求分析手段、更可靠的建模分析方法、正向可追溯的设计手段以及高质量的实现形式。以动车组牵引系统为研究对象,通过基于系统建模语言(SysML)的需求分析模型,结合基于标准需求-功能-架构-物理(RFLP)的建模分析方法,从牵引系统的设计需求出发,进行完整的用例分析,创建包含架构模型和状态机模型的牵引系统功能模型,通过块定义图和内部块图展示牵引系统与外部系统以及牵引内部各子系统之间的交互信息,通过用户界面(UI)实现牵引系统运营场景的操作,展示牵引系统在运行过程中的状态变化,实现牵引系统功能逻辑仿真,形成正向可追溯的牵引系统设计实现方案。将基于模型的系统工程(MBSE)的设计手段落地应用于动车组设计过程中,为动车组的设计提供正向设计指导。

动车组牵引系统接地故障分析及优化研究

动车组牵引系统接地故障为动车组主供电系统最为典型的故障之一,且对动车组安全运营影响较大,文中通过对某型动车组牵引系统接地故障进行分析,查找各方面因素,并从相关部件的设计结构、工艺方案及故障诊断逻辑等方面研究优化措施,降低并预防接地故障的发生。

CR400BF平台动车组牵引系统可靠性评估

对高级修周期间隔延长背景下的CR400BF平台动车组牵引系统进行可靠性评估。基于牵引系统的部件结构及基本的系统组合形式,构建可靠性框图模型;收集整理动车组运营过程中的故障数据,利用直方图法对故障分布模型进行初步判断;通过假定分布模型的参数估计及拟合优度检验,确定各部件的故障分布规律;评估牵引系统各部件及其整体的可靠性指标,绘制可靠度函数图形并进行简要分析。文中所用的分析方法具有较好的通用性,可以进一步推广到动车组其他系统,能够为动车组修程修制改革提供技术支撑。

高速动车组永磁牵引系统接地检测方法研究

为了更好地提高高速动车组永磁牵引系统接地故障诊断的准确性,文章提出了一种适用于永磁牵引系统的接地检测新方法。通过结合接地检测电路的拓扑结构,分析了不同接地情况下接地电压的特点,并在此基础上提出了优化接地电压超限判定算法、采用各轴逆变器分步检测和增加永磁接触器诊断节点等措施,通过该方法可以准确诊断出电机侧、变压器侧和变流器侧具体的接地点,提高了故障点定位的准确性。半实物仿真和地面机组试验结果验证了该方法的可行性。

动车组牵引系统与牵引模块实训装置原理及故障分析研究

本文将围绕动车组牵引系统及模拟实训装置进行相关研究,介绍了动车组牵引系统基本结构及工作原理,并对实训装备进行研制,通过对牵引系统典型故障及牵引实训装置分析研究,为类似牵引故障提供指导。

动车组牵引系统对欧洲国家轨道电路反转电流谐波的影响

欧洲各国信号系统广泛采用轨道电路,欧盟铁路互联互通技术规范(TSI)认证对动车组的反转电流谐波有详细标准要求,并且欧洲各国也有严苛的本国标准要求,为保证铁路信号系统的正常工作,动车组必须抑制25 Hz~20 kHz的低频和高频反转电流谐波,保证动车组反转电流谐波在标准限值内。文章基于面向欧洲市场的动车组项目,搭建仿真模型进行反转电流谐波仿真研究,分析提出牵引系统对欧洲国家轨道电路系统的反转电流谐波影响因素及抑制解决方案,并对动车组进行试验测量对比验证,结果表明,动车组达到TSI认证及运营国国家公告技术规范(NNTR)对反转电流谐波的标准要求。

CR450动车组样车年内下线 牵引系统首次适配永磁电机

近日,中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)发布消息,由其牵头实施的CR450科技创新工程的动车组样车将在2024年年内下线。由中车永济电机有限公司和中车株洲电机有限公司分别提供的永磁牵引电机是高速动车组的九大关键技术之一,也是CR450高速动车组的“心脏”。

基于数字孪生的动车组牵引电机检修可视化管控系统

数字孪生是一种将物理实体与数字模型交互映射的技术方法。针对传统的可视化管控系统中展示不直观、透明度低、联动性不足等问题,将数字孪生技术引入动车组牵引电机检修的整体管控中。应用数字孪生的理论技术,详细阐述了可视化管控系统的总体框架及功能设计。搭建动车组牵引电机检修车间的虚拟三维模型场景,集成检修车间关键设备实体运行数据以及生产检修实时数据,实现虚拟车间与物理车间的关联映射和同步联动,构建了基于数字孪生的动车组牵引电机检修可视化管控系统,通过实例应用实现检修车间设备数据、生产数据的信息化、实时化和透明化,直观展示了动车组牵引电机检修车间的设备及数据的动态变化,提升了牵引电机检修可视化管控的管理水平和效率。

CRH380CL型动车组列车网络控制系统自主化研究

列车网络控制系统实现了动车组的控制、监视和诊断功能,针对CRH380CL动车组既有网络系统部件冗余性不高、备件停产以及技术支持力度不足等问题,基于既有网络拓扑结构,在保证其他子系统结构及功能不变的基础上,开展系统级自主化替代研究,实现TCN网络拓扑结构对既有ATI拓扑网络的替代,并完成包括自主化硬件研制及试验验证、系统及设备冗余性提升设计、RS485网关开发和子系统接口一致性测试、控制逻辑和显示屏界面等软件的完全移植以及半实物仿真平台测试等关键技术的研究和试验验证,保障动车组全寿命网络系统技术及备件支持,解决既有部件冗余性不高等问题,同时具备了软、硬件自主化升级以及未来PHM等新技术、新功能扩展的能力,降低了网络系统全寿命周期的运用维护成本。

市域动车组动力配置和牵引系统控制方式对能耗的影响

文章介绍了市域动车组的动力配置、牵引系统控制方式,对市域动车组的故障运行能力和运用冗余性,以及典型动车组牵引变流装置故障数据进行了分析,并对市域动车组在不同动力配置、牵引系统车控方式和架控方式下的牵引能耗、运行时间和旅行时间进行了计算。结果表明:对于200 km/h及以下速度级的市域动车组,在采用空电联合制动时,大动拖比编组是一种省时、节能的选择;在确保每列动车组的牵引变流装置不少于3套和IGBT器件电压等级、电流容量许可的情况下,车控方式是一种更加经济、环保的选择。

基于PI控制的内燃动车组柴油机恒功率控制技术

柴油机在非恒功率输出时,不仅燃料效率低,而且可能会产生较大的机械应力,导致机械部件的磨损和破坏。为确保内燃动车组柴油机高效运行,基于内燃动车组柴油发电机组恒功率输出的运行模式,文章提出了一种比例-积分控制方法,实现了负载侧牵引系统功率稳定跟随柴油发电机组的输出功率目标值,通过负载侧恒功率运行保障发电机组的恒功率稳定输出,从而提高柴油机燃油经济性。经过仿真及试验测试验证,采用此控制方法,负载功率稳态波动在±2%以内,实现了内燃动车组柴油机恒功率运行及负载功率对目标值的实时跟随。

基于WPHM的动车组牵引传动系统可靠性分析

提出了一种考虑天气因素的威布尔比例故障率模型(WPHM),采用威布尔分布的基准故障率函数,构建能够反映动车组外部运行环境的天气因素协变量,建立牵引传动系统的部件WPHM,利用遗传算法进行模型参数估计,依据所估计参数得出正常天气状态和恶劣天气状态下各部件的故障率和可靠度。实例研究表明,当牵引传动系统各部件均处于耗损失效期,部件均不同程度受天气因素影响,其中影响程度较大的部件有M2S车牵引电机及冷却风机,TP车主断路器,TPB车主断路器,MH车牵引电机及冷却风机等;不同天气状态下系统各部件的故障率和可靠度随服役时间推移均有明显变化,尤其恶劣天气状态下部件故障率更高,可靠度更低。因此,模型能有效地度量天气因素对部件可靠性的影响,为运用维修决策提供理论依据。

CRH3型动车组牵引传动系统的直接转矩控制研究

为了研究高速动车组的具体模型结构及其牵引传动控制系统,采用直接转矩控制(DTC)系统控制异步牵引电机,建立了CRH3型高速动车组牵引传动系统的Matlab/simulink仿真模型,整流部分由四象限脉冲整流器输出3 000 V左右平滑的直流电压,逆变部分由直接转矩控制系统驱动牵引电机。该系统能根据CRH3型动车组的牵引、制动曲线模拟动车组牵引、惰行、制动等各种运行工况。整个运行过程中系统的谐波较小,电压/电流相位差基本能保持在同相或反相运行,功率因数基本接近1;在网压波动和突然失电情况下,机车也基本能保持恒速运行。最后,将该模型仿真结果与京津城际高速铁路的部分数据进行了对比验证。研究结果表明,该模型建模基本正确,同时系统具有良好的稳态和动态性能,验证了直接转矩控制方法的有效性。

CR400BF平台动车组高低速风机控制接触器故障问题分析及解决措施研究

结合原理分析、故障统计、原因分析、模拟试验,对CR400BF平台高低速风机控制接触器故障的原因进行了剖析,发现运用环境中侵入器件内部的灰尘毛絮和长期使用过程中触点表面产生的氧化、硫化是导致接触器偶发故障的主要原因。针对故障原因设计了系统匹配性、环境适应性更强的新型触点模块优化方案,并通过地面验证试验、装车验证试验,证明了其能够提升高低速风机控制接触器可靠性,降低故障率,为高低速风机控制接触器故障的解决提供了借鉴参考。

长大下坡运行下动车组牵引仿真算法研究及系统开发

针对线路仿真中缺少符合动车组制动特点的长大下坡道运行策略问题,提出复杂运行工况下动车组牵引仿真计算方法。基于误差评价的位移逼近算法和变步长迭代逼近算法求解精确的制动点,将传统空气制动的“惰行+制动”运行策略进行拓展,得到适合处理高速电制动长大下坡问题的牵引仿真算法。开发系统运用于实际线路。结果表明,系统提升了制动点求解精确性,能为牵引工程精细化设计提供数据支持。

动车组牵引电机矢量控制系统几项关键技术

基于高电压、大电流IGBT功率器件的牵引逆变器及异步牵引电机已成为高速动车组牵引传动系统的主流电路结构,矢量控制技术作为一种高性能的异步牵引电机控制策略得到广泛应用。现从实用性角度出发,介绍了动车组牵引电机矢量控制系统的几项关键技术,包括电压电流测量、电压解耦算法、转子磁链观测模型、定子频率校正、多模式PWM调制。