DF7G内燃机车微机系统牵引控制策略的研究

摘要

微机控制系统作为现代内燃机车的控制核心，其性能的优劣直接影响机车的整体性能，而牵引控制策略更是微机控制的重点和核心，机车的牵引性能和牵引控制策略密不可分。因此内燃机车微机系统牵引控制策略的研究具有十分重要的意义，本文的主要研究内容如下:
　　(1)微机系统牵引控制策略与DF7G内燃机车的牵引特性息息相关，因此本课题首先分析了DF7G内燃机车的牵引特性，阐明了加入电传动中间环节的必要性。根据对电传动特性的分析提出了本文研究的两种牵引控制策略，恒功励磁控制和低恒速控制。
　　(2) DF7G内燃机车的牵引控制系统的数学建模是进行理论分析及仿真的基础，因此分别建立了内燃机车的运动行驶数学模型和电传动控制系统每个环节对象的数学模型。
　　(3)牵引控制系统的数学模型建立起来后，便需要为牵引控制系统选择合适的控制算法，本课题首先选择了工程应用最多的PID控制，分析了PID算法的模型及参数的整定，最后针对低恒速下存在较大的惯性环节，提出了模糊算法进行改进优化。
　　(4)本文的最后是牵引控制系统的平台设计及仿真，系统平台按照实际DF7G内燃机车装车的控制要求，对其微机控制系统进行软硬件设计。牵引控制系统的仿真包括基于试验平台的硬件在环仿真与基于Simulink的动态建模仿真，硬件在环仿真包括模拟机车普通逻辑控制、模拟量、脉冲量等信号的显示，可以进行机车的牵引、故障触发等仿真。动态建模仿真包括恒功励磁控制系统仿真和低恒速控制系统仿真。恒功励磁控制系统下仿真分析了多种速度、多种扰动下的功率和速度的变化情况，并且进行了现场水阻试验。低恒速控制系统也模拟仿真了装煤情景时，负载线性变化下的速度和功率的变化情况。并且用模糊控制算法对低恒速控制进行了优化，并与之前的PID控制进行对比。
　　通过本文的论证与分析，建立了DF7G内燃机车牵引控制系统的数学模型，提出了牵引控制系统的控制算法，并设计了一套基于PLC的内燃机车微机牵引控制系统，最终实现了恒功励磁控制与低恒速的控制的仿真分析。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 微机系统牵引控制的发展概况

1．2．2 国外车载微机系统牵引控制的发展

1．2．3 国内车载微机系统牵引控制的发展

1．3 论文的研究内容

1．4 论文的结构

2 DF7G内燃机车牵引特性的研究

2．1 DF7G内燃机车的牵引特性分析

2．2 DF7G内燃机车的电传动特性分析

2．2．1 交流牵引发电机的特性

2．2．2 直流牵引电动机的特性

2．3 恒功励磁控制系统的提出

2．3．1 恒功励磁控制系统的原理

2．3．2 恒功励磁控制系统的方案

2．4 低恒速控制系统的提出

2．4．1 低恒速控制系统的原理

2．4．2 低恒速控制系统的方案

2．5 本章小结

3 DF7G内燃机车牵引系统的数学建模

3．1 内燃机车运动行驶的建模

3．2 内燃机车电传动控制系统的建模

3．2．1 牵引发电机的建模

3．2．2 牵引电动机的建模

3．2．3 励磁机环节的建模

3．2．4 测量比较环节的建模

3．2．5 PWM环节的建模

3．2．6 斩波放大环节的建模

3．3 本章小结

4 DF7G内燃机车牵引控制系统的算法研究

4．1 控制算法的选择

4．2 PID控制算法的模型

4．3 PlD参数的整定

4．4 控制算法的改进

4．5 本章小结

5 DF7G内燃机车微机控制系统设计及仿真

5．1 DF7G微机系统的设计

5．1．1 系统平台的整体方案设计

5．1．2 系统平台的硬件选型

5．1．3 PLC控制程序设计

5．1．4 显示屏软件界面设计

5．2 DF7G牵引控制系统的硬件在环仿真

5．2．1 硬件在环试验台的搭建

5．2．2 硬件在环试验界面的设计

5．2．3 硬件在环仿真的试验

5．3 DF7G牵引控制策略的动态仿真

5．3．1 恒功励磁控制系统的仿真

5．3．2 恒功励磁下水阻试验数据的对比分析

5．3．3 低恒速控制系统的仿真

5．3．4 低恒速下模糊控制与PID控制的仿真对比分析

5．4 本章小结

6 结论和展望

6．1 本课题工作总结

6．2 本课题工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集