基于EP阀对制动系统预控压力精确控制研究

摘要

制动技术作为列车的关键技术之一，其重要性早就不仅仅是安全问题了。制动已经成为限制列车速度和牵引重量进一步提高的重要因素。要想“多拉快跑”，除了要有较大功率的牵引动力以外，还要有更大功率且高效可靠的列车制动装置。对于列车制动装置，现国内外主流采用以空气制动机或电空制动机为基础的制动系统，即以压力空气作为原动力，以改变空气压强来操纵控制。随着列车牵引重量与运行速度的提高，鉴于列车安全与乘坐舒适度（主要指客车）的考虑，对列车制动系统气体压力的精确控制提出了越来越高的要求，所以一套性能良好的压力控制系统在制动系统中必不可少。
　　 本论文以列车制动系统中的预控容积压力为研究对象，在了解国内外制动系统压力控制策略的基础上，运用开关型EP阀建立一套气路系统，并设计其控制策略从而实现对预控容积压力的精确控制。
　　 鉴于制动系统以压缩空气为介质，论文首先对气体性质进行了理论研究。然后分析开关阀的结构，将开关阀的动态特性研究内容进行了简化。然后应用模块划分原理，将开关阀系统划分为电路、磁路、机械、气动四个子系统，分别对阀的各个子系统进行建模分析，在AMEsim软件平台上进行了动态仿真，并对仿真结果进行分析，为开关阀快速响应性能的确定、开关阀结构参数的设定与改进提供了理论依据。运用两个开关阀和一个传感器组成一个开关型EP阀，再设计EP阀的控制策略，先采用常规PID控制策略对EP阀进行控制，建立预控容积压力，并在AMEsim平台仿真。仿真结果表明，运用常规PID控制策略的此系统其准确性与快速性满足系统设计要求，但稳定性略差;于是引入模糊控制，采用二维模糊控制器，设计各变量的隶属函数、论域及其模糊子集。根据PID三个参数的作用及相互之间的关系以及在不同的偏差及偏差变化率下对PID参数的要求，分别给出PID三个参数的模糊控制表，运用Simulink与AMEsim对应用模糊PID控制策略的系统进行联合仿真。结果表明，采用模糊PID控制器控制的系统其稳定性、准确性两方面要明显优于常规PID控制器所控制的系统，而快速性方面则与常规PID控制的系统持平，且能完全满足系统设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外列车制动系统压力控制技术的发展与研究方法

1．2．1 纯机械阀

1．2．2 电空阀

1．3 本文研究的主要内容

第2章 制动系统压力空气基本特性

2．1 气体的流动规律

2．1．1 气体流动的基本方程

2．1．2 声速与马赫数

2．1．3 气体在管道中的流动特性

2．1．4 气体的通流能力

2．1．5 充放气温度与时间的计算

2．2 本章小结

第3章 预控容积的建模与仿真

3．1 引言

3．2 开关阀的结构与工作原理

3．3 性能要求与动态特性的研究内容

3．3．1 性能要求

3．3．2 动态特性的研究内容

3．4 开关阀的数学模型

3．4．1 电路子系统

3．4．2 磁路子系统

3．4．3 机械子系统

3．4．4 气动子系统

3．5 预控容积的建模

3．6 开关阀仿真模型的建立

3．7 开关阀的动态仿真与结果分析

3．8 主要参数对开关阀动态响应特性的影响

3．8．1 线圈匝数

3．8．2 气隙长度

3．8．3 阀芯质量

3．8．4 复原弹簧刚度

3．8．5 弹簧预压力

3．9 本章小结

第4章 系统的建立与基本要求

4．1 开关型EP阀

4．2 预控容积

4．3 建立系统

4．4 对系统的基本要求

4．5 本章小结

第5章 压力控制策略与仿真

5．1 开关阀的控制方式——PWM控制

5．2 常规PID控制与仿真

5．2．1 PID控制

5．2．2 运用常规PID控制策略仿真模型的建立

5．2．3 常规PID控制结果分析

5．3 模糊PID控制与仿真

5．3．1 模糊控制概述

5．3．2 模糊控制系统的基本原理

5．3．3 模糊PID控制器

5．3．4 模糊PID控制器的设计

5．3．5 模糊PID控制策略仿真

5．3．6 结果分析

5．4 系统抗干扰能力

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文