[實用新型]基于通信控制網絡的高速動車組牽引控制實驗平臺

有效

• 申請號: 201220253892.2
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN202583874U
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 李欣;董海鷹;李若瓊;陶彩霞;陳永剛;石磊
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

技術領域

本實用新型涉及模擬和/或實驗設備技術領域，具體地，涉及基于通信控制網絡的高速動車組牽引控制實驗平臺。

背景技術

目前，交流異步牽引電機，已經廣泛應用于中國CRH（China?Railways?High-speed，簡稱CRH，全名“中國高速鐵路”）系列的高速動車組。對大功率交流異步牽引電機的高性能調速控制，是高速動車組安全、可靠和穩定運行的重要保證。高速動車組交流異步牽引電機，具有空間分布性特點，要實現動車組牽引電機群的協同控制，必須通過列車網絡控制系統來實現。其關鍵問題是，如何利用線性系統領域的網絡控制分析方法，實現對異步牽引電機非線性控制。

但是，在現有的高速動車組牽引控制實驗平臺中，多采用轉子磁場定向矢量控制技術和直接轉矩控制技術，實現對牽引電機的驅動控制。沒有考慮引入網絡控制系統后對異步電機牽引控制系統的影響；并且，矢量控制對電機的參數依賴性很大，控制精度不高、動態性能較差；還有，直接轉矩控制增加了較大的脈動轉矩分量，沒有電流環，不能做電流保護，對定子參數依賴大。

在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術中至少存在對電機及定子參數依賴性大、控制精度低、動態性能差與電流安全性差和沒有考慮引入網絡控制系統后對異步電機牽引控制系統的影響等缺陷。?

實用新型內容

本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出基于通信控制網絡的高速動車組牽引控制實驗平臺，以實現對牽引電機的網絡化非線性控制方法驗證，以及減小電機調速控制時對定子參數依賴性、提高控制精度、改善動態性能與電流安全性。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：基于通信控制網絡的高速動車組牽引控制實驗平臺，包括給定控制信號輸入模塊、比較器、網絡控制器、偽線性復合系統、傳感器測量模塊、第一網絡延遲單元與第二網絡延遲單元，其中：

所述給定信號輸入模塊，通過比較器與網絡控制器連接；網絡控制器輸出的異步牽引電機轉速和磁鏈控制信號，通過第一網絡延遲單元，連接至偽線性復合系統；

所述傳感器測量模塊的輸入端與偽線性復合系統連接，輸出端通過第二網絡延遲單元，連接至比較器。

進一步地，所述偽線性復合系統，即控制對象異步牽引電機線性模型，至少可以通過輸入-輸出反饋線性化解耦方法、電壓矢量解耦方法或逆系統解耦方法中的任意一種方法獲得。

進一步地，所述偽線性復合系統，包括與第一網絡延遲模塊連接的異步牽引電機逆系統，以及與傳感器測量模塊連接的異步牽引電機；所述異步牽引電機的狀態反饋輸出端，與異步牽引電機逆系統的狀態反饋輸入端連接；該偽線性復合系統，由逆系統解耦方法獲得。

所述網絡控制器，用于根據不同的控制策略和不同的異步牽引電機線性模型，獲得相應的電機轉速和磁鏈控制信號。

進一步地，所述第一網絡延遲單元，包括依次連接在網絡控制器與異步牽引電機逆系統之間、且用于模擬網絡控制器與異步牽引電機之間網絡的第一網絡延遲模塊與第一零階保持器，所述第一網絡延遲模塊與第一零階保持器通過列車通信控制網絡連接。

進一步地，所述第二網絡延遲單元，包括依次連接在傳感器測量模塊與比較器之間、且用于模擬傳感器測量模塊與比較器之間網絡的第二網絡延遲模塊與第二零階保持器，所述第二網絡延遲模塊與第二零階保持器通過列車通信控制網絡連接。

進一步地，所述通信控制網絡，至少包括列車通信控制網絡（TCN）、Lonworks、WorldFIP、CANopen與ARCnet中的任意一種。

進一步地，所述TCN，包括列車總線（WTB）和車輛總線（MVB），其中：

所述列車總線（WTB），用于連接各車輛節點、數據采集站、設備站、以及司機控制站，并構成列車設備控制、監測與故障診斷的列車級網絡；

所述車輛總線（MVB），用于連接車輛內的各種控制設備，并構成車廂級數據采集、控制的車輛級網絡。

進一步地，所述車輛內的各種控制設備，至少包括配合設置的主控單元（MPU）、驅動顯示單元（DDU）、供電單元（PSU）、輔助控制單元（ACU）、以及用于并行控制多個交流牽引電機的牽引控制單元（TCU）。

進一步地，所述列車總線為自組態式，即：

當列車編組改變時，列車總線自動重新構成，得到一個總線主節點，并自動指定各節點地址、位置及識別運行方向，所述各段?MVB?總線通過節點網關與列車總線連接。