基于RT-LAB的高速动车组牵引传动系统仿真平台研究

摘要

近几年随着我国高速铁路的迅速发展，其投资和建设的规模日益增大。作为高速动车组重要组成部分的牵引传动系统，它不仅是动车组运行所需动力的直接来源，同时也是动车组快速、安全稳定运行的关键环节。实验室课题组承担的项目以当前研究比较广泛的CRH3型高速动车组的结构和参数为依据，利用Matlab/simulink图形化仿真工具和RT-LAB软件包搭建列车牵引传动系统仿真模型。在列车通信网络环境下，由下载有编译过仿真模型的RT-LAB目标仿真器、司机室控制台及外部控制器组成硬件在环的牵引传动系统半实物仿真系统。
　　 牵引变流器是整个牵引传动系统仿真模型的核心控制部分，它包含整流器、中间直流稳压电路和逆变器三个环节。整流器环节采用四象限脉冲整流控制方式，它在牵引工况工作于整流方式和制动工况工作于逆变方式有利于能量的合理利用。中间直流稳压电路包含的滤波器和恒压电容器保证直流电压的稳定。逆变器环节采用直接转矩控制方式，与实际动车组采用的矢量控制方式相比，它没有复杂的坐标变换，同时控制牵引电机运行的估算电磁转矩不受转子参数的影响，控制简单且效果较好。外部控制器主要完成接收通信网络传来的控制信号以实现牵引控制策略的算法，此外它还接收仿真器传来的信号供控制台实时监测。在整个半实物仿真系统搭建完后，通过司机室控制台发出运行指令，经列车通信网络由外部控制器接收指令实现控制算法后将信号传送至RT-LAB仿真器完成整个牵引传动的运行。在运行过程中，牵引传动系统仿真模型中有关信号量可以由RT-LAB仿真器输出模块通过外部控制器经列车通信网络反馈给控制台，这样可以使司机室实时监控整个运行过程，以便对突发情况做出及时调整。
　　 利用搭建的牵引传动半实物仿真系统对不同工况切换运行进行仿真，列车运行速度曲线较光滑且在运行工况切换时过渡平稳，同时牵引电机定子磁链、电磁转矩的脉动也较小。除了对不同工况切换运行进行仿真，系统还模拟了接触网侧电压波动或掉电以及部分牵引动力缺失等故障发生时的运行情况。分析故障仿真结果表明，当发生短时故障或故障条件处于系统容许范围内时，在故障及时排除后，列车能快速地恢复正常运行状态，这为以后在实际牵引传动系统中加入故障诊断模块提供了理论依据。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景与研究意义

1．2 高速动车组牵引传动系统概述

1．2．1 牵引传动系统的发展

1．2．2 牵引传动系统基本构成

1．2．3 牵引传动系统控制方式

1．3 论文的主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 牵引系统仿真平台总体设计

2．1 列车通信网络

2．2 司机室控制台

2．3 控制器

2．3．1 控制器软件开发平台

2．3．2 控制器实现

2．4 实时牵引仿真系统

2．4．1 RT-LAB实时仿真器

2．4．2 RT-LAB仿真建模

2．5 本章小结

第三章 基于RT-LAB的实时牵引仿真系统

3．1 列车牵引传动系统组成

3．2 整流环节实现及控制

3．2．1 脉冲整流器主电路

3．2．2 脉冲整流器控制方式

3．3 逆变环节实现及控制

3．3．1 牵引电机直接转矩控制原理

3．3．2 直接转矩控制磁链轨迹

3．4 牵引传动系统仿真模型搭建

3．5 本章小结

第四章 牵引控制策略研究

4．1 牵引受力分析

4．1．1 牵引力计算

4．1．2 制动力计算

4．1．3 阻力计算

4．2 牵引控制策略设计

4．2．1 牵引电机电磁转矩、转速及负载转矩计算公式

4．2．2 恒速控制

4．3 牵引工况分析

4．4 本章小结

第五章 牵引传动系统半实物仿真结果分析

5．1 不同工况切换仿真

5．2 接触网电压波动或断电故障仿真

5．3 牵引工况部分动力缺失故障仿真

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

硕士期间参与的项目和发表的论文