高速动车组运行时温升仿真的研究与实现

摘要

随着高速动车组和高速铁路建设的快速发展，各个高速铁路相关部门对高速动车组的设计和仿真相关软件的需求日益突出。牵引电机、牵引变压器和牵引变流器所组成的动力单元是高速动车组牵引传动系统的核心部件，其温升对于提高列车的技术标准与维护列车的行车安全都有着重要意义。本文以建立高速动车组运行时温升仿真系统为依托，对列车在运行时动力单元的温升模型与优化进行了研究，主要内容包括以下四个部分:动车组运行时温升仿真系统分析;动车组运行时温升动态模型设计与优化;列车运行时分策略设计;动车组运行时温升仿真系统实现。
　　首先，本文对高速动车组运行时温升仿真系统进行了较为详尽的系统分析，介绍了系统的整体框架和功能模块的划分，对系统进行了充分的可行性分析。其次，本文基于高速动车组温升计算的基本理论，对牵引变压器、牵引变流器、牵引电机和闸片在列车运行时的温升数学模型做出了深入的分析，建立了动力单元温升的动态仿真模型，并利用半实物仿真平台采集了牵引电机的真实运行数据，通过曲线拟合的方法对相关模型进行了验证与优化。最后，本文详细阐述了高速动车组的模拟运行时分策略，根据固定时分运行策略和最小时分运行策略，动态仿真了列车在实际运行中动力单元各器件的温升变化情况。为了保证仿真结果的真实有效，系统使用的数据均为真实的CRH2A型高速组和京沪高铁线路数据，仿真结果采用多元化的呈现方式，包括动态温升曲线、平面热场分布图和三维图形等多种形式。
　　本文所设计实现的高速动车组运行时温升仿真系统具有良好的应用价值，作为列车设计和研究人员的使用工具，系统的仿真结果为研究和优化高速动车组的性能提供了科学的依据。同时，系统以列车温升指标计算的准确性和可扩展性以及运行时仿真的实时性为高速动车组的整体设计和高速铁路技术基础研究体系的构建提供了支撑平台。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 高速铁路发展现状

1．1．2 列车运行时温升仿真研究意义

1．2 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 论文研究内容与组织结构

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究方法与技术路线

1．3．3 论文组织结构

第2章 高速动车组运行时温升仿真系统分析

2．1 系统概述

2．2 系统非功能性需求

2．3 系统功能性分析

2．3．1 系统功能与模块划分

2．3．2 功能需求描述

2．4 关键技术介绍

2．4．1 ZedGraph概述

2．4．2 ．NET Framework简介

2．4．3 MVC架构

2．5 系统开发环境

2．6 本章小结

第3章 高速动车组温升动态模型设计

3．1 牵引变压器温升动态模型设计

3．1．1 牵引变压器热传递过程

3．1．2 牵引变压器温升数学模型

3．2 牵引电机温升动态模型设计

3．2．1 牵引电机温升计算理论基础

3．2．2 牵引电机绕组温升数学模型

3．2．3 牵引电机零秒电阻的基本算法

3．3 牵引变流器温升动态模型设计

3．3．1 高速动车组牵引变流系统简介

3．3．2 牵引变流器功率器件损耗计算

3．3．3 牵引变流器温升模型研究

3．4 高速动车组闸片温升动态模型设计

3．5 本章小结

第4章 高速动车组温升模型验证与优化

4．1 平台简介

4．1．1 dSPACE简介

4．1．2 CAN总线介绍

4．2 模型优化的基本理论

4．3 牵引电机温升模型优化

4．3．1 零秒电阻拟合

4．3．2 实验设计与结果

4．4 本章小结

第5章 运行时温升仿真系统设计与实现

5．1 温升仿真系统总体设计

5．1．1 温升仿真系统主要任务

5．1．2 温升仿真系统总体目标

5．1．3 仿真系统总体架构设计

5．1．4 系统数据库详细设计

5．1．5 系统功能模块设计

5．2 高速动车组运行时温升仿真系统实现

5．2．1 数据管理模块

5．2．2 温升计算模块

5．2．3 运行仿真模块

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文工作总结

6．2 存在问题及工作展望

参考文献

致谢