电力机车二系支承调平调载试验台数字控制系统设计

摘要

随着我国铁路朝高速化、重载化的方向发展，机车轮轴重分配均匀性对铁路机车牵引性能和制动性能的影响日益显著。研究表明，具有二系悬挂结构的机车，其二系弹簧载荷分布状态，对机车轮轴重分配起着决定性作用。本文针对我国大功率电力机车二系支承调平调载试验的工程应用要求，研究了基于计算机控制技术的试验装置电液位置伺服系统的控制算法，完成了试验控制系统的设计。
　　 论文前半部分在分析电液伺服系统工作原理的基础上，建立了系统理论模型。根据试验技术参数要求确定了液压动力机构的参数，并利用Matlab/Simulink进行了电液伺服系统的动静态性能分析。为改善系统的综合性能，提出了基于支持向量机的PID参数自整定控制方法(SVM-PID)。该方法利用支持向量机能够逼近任意非线性函数的特点，建立系统的离线SVM模型，并在每个采样时刻将离线SVM模型进行瞬时线性化处理，输出在最小方差意义下PID控制器优化参数。仿真实验表明，采用SVM-PID方法设计的数字控制器能够满足试验系统的控制要求，并且能有效降低噪声干扰，优化系统的动态性能，提高了参数整定的效率以及系统的自适应能力和运行可靠性。
　　 论文后半部分完成了控制系统的软、硬件设计。根据试验系统的测控精度，本文设计并实现了反馈控制系统位移传感器的非线性补偿方法。应用试验表明，校准后的位移传感器测量误差小于0.01mm，提高了系统的控制精度，保障了系统的实用性与可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 机车轮轴重调整国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究的目的与意义

1．4 论文主要内容

第二章 电力机车二系调平调载试验台液压系统建模与分析

2．1 试验台控制系统

2．2 试验台电液伺服系统工作原理

2．3 阀控非对称缸液压伺服系统理论模型

2．4 液压伺服系统数学模型

2．4．1 液压动力源的选择

2．4．2 液压缸结构尺寸及选型

2．4．3 电液伺服阀

2．4．4 液压动力机构仿真参数的确定

2．4．5 电液伺服控制系统其他环节参数确定

2．4．6 系统的传递函数

2．5 系统动静态性能分析

2．6 本章小结

第三章 液压伺服系统控制算法研究

3．1 数字控制器设计总体方案

3．2 PID控制分析与设计

3．2．1 PID控制算法

3．2．2 PID控制性能分析

3．2．3 PID控制适应能力

3．3 基于支持向量机的PID控制器参数自整定

3．3．1 支持向量机

3．3．2 SVM-PID参数整定控制器

3．3．3 支持向量机的PID控制器仿真实验

3．4 本章小结

第四章 电力机车二系调平调载试验台控制系统设计

4．1 控制系统硬件选型与设计

4．1．1 工业控制计算机及数据采集卡

4．1．2 伺服放大器的设计

4．1．3 位移传感器选型

4．2 采样周期与定时方式的确定

4．2．1 采样周期的确定

4．2．2 多媒体定时器实现流程

4．3 控制系统软件设计

4．3．1 Matlab与Vb混合编程

4．3．2 控制软件主程序流程

4．3．3 数据采集系统

4．3．4 数字控制器的实现

4．4 本章小结

第五章 反馈系统位移传感器非线性补偿研究

5．1 位移传感器非线性补偿原理

5．2 位移传感器非线性补偿方法与实现

5．3 应用实例

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录1 支持向量机PID控制器参数整定部分源程序

附录2 位移非线性补偿实验数据

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果