基于CAN总线的城轨车辆牵引控制的应用研究

摘要

随着中国经济迅速发展，城市化水平提高，大中型城市规模扩大，城市的拥挤变得越来越严重。为了解决城市交通拥堵情况，必须发展公共交通，在公共交通中城市轨道交通是运能最大、速度最快、绿色环保的交通方式，因此，目前国内各大中型城市都在争相启动建设城市轨道交通系统。通过技术引进、消化吸收，我国目前运营的城市轨道交通车辆已全部在国内生产，国产化率在不断提高，然而有些关键技术和系统部件仍需主要从国外引进，尤其是城市轨道交通车辆的牵引控制系统和列车通信网络系统。面临中国城市轨道交通大发展的趋势，国内自己的技术必须有大的突破才能使中国城市轨道交通的发展能不受制于人。因此，本文以“基于CAN总线的城轨车辆牵引控制的研究”为题，对城轨车辆牵引控制和CAN总线通信技术开展研究。
　　本文首先研究了目前国内外牵引控制系统和CAN总线技术在城市轨道交通车辆上的发展现状。分析和比较各种牵引传动形式及其特点，选择当前大力发展的交流传动及其控制技术作为本文的研究重点;分析了列车通信网络的作用、构成及其特点，根据牵引控制对通信的要求，选择了CAN总线作为本文的另一个研究重点。
　　本文结合目前城市轨道车辆的编组情况，分析了交流牵引传动系统的构成、工作原理及其特点，对牵引逆变器和异步牵引电动机的控制策略进行了研究，选择具有较高可行性的直接转矩控制作为重点研究内容。在充分研究直接转矩控制方法的基础上，利用Matlab/Simulink软件包对该控制方法进行建模和仿真分析。仿真结果表明其控制性能能够满足城市轨道交通车辆的要求。
　　结合牵引控制系统的需求，研究设计了基于CAN总线的牵引控制子系统网络的结构，深入分析了CAN总线通信协议、结构层次、总线硬件等关键技术，完成了CAN总线的通信设计，并使用CANoe软件进行CAN总线仿真，仿真分析表明CAN总线应用于牵引控制系统是可行的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 城市轨道交通的发展

1．2 城轨车辆牵引控制技术的现状

1．2．1 城轨车辆牵引电传动方式

1．2．2 城轨车辆电传动控制方法

1．2．3 城轨车辆常用的牵引传动与控制方式

1．3 城轨车辆通信网络

1．4 CAN总线于轨道交通车辆上的应用

1．5 论文的主要工作

第2章 城轨车辆牵引传动系统研究

2．1 城轨车辆电路系统

2．2 城轨车辆的牵引特性分析

2．3 城轨车辆牵引传动控制方法研究

2．3．1 电传动方法的研究

2．3．2 控制策略的研究

2．4 城轨车辆直接转矩控制模型的Simulink仿真

2．4．1 使用Simulink的仿真的过程

2．4．2 系统建模与仿真

2．4．3 仿真结果

2．5 本章小结

第3章 城轨车辆牵引控制网络设计

3．1 城轨车辆网络系统

3．1．1 列车级网络

3．1．2 车辆级网络

3．1．3 子系统级网络

3．2 基于CAN总线的牵引控制结构

3．2．1 牵引传动控制网络结构

3．2．2 子系统总线网络的冗余设计

3．3 CAN总线的可行性研究

3．4 本章小结

第4章 CAN总线技术

4．1 CAN总线的简介

4．1．1 CAN的特点及层次结构

4．1．2 基本概念

4．2 CAN总线协议

4．2．1 CAN总线报文帧的种类和发送

4．2．2 CAN总线的高层应用协议

4．3 CAN总线硬件

4．4 本章小结

第5章 城轨车辆CAN总线通信设计及仿真

5．1 CAN总线接口硬件设计

5．1．1 CAN总线控制器

5．1．2 CAN总线收发器

5．1．3 电气隔离芯片

5．2 CAN总线的软件设计

5．2．1 CAN通信的初始化

5．2．2 CAN发送软件设计

5．2．3 CAN接收软件设计

5．3 基于CANoe的城轨车辆CAN总线模型仿真

5．3．1 CANoe简介

5．3．2 仿真建模

5．3．3 仿真结果

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间学术论文及科研成果