基于重载列车的气动发电控制策略研究

发布时间：2023-04-21 02:17

　　我国货运列车正向着快速、重载和专用化方面发展,如何改进列车运行安全问题迫在眉睫。气动发电装置可以利用现有空气源的压力空气进行发电并储存,并将产生的电能运用到列车制动控制中。本文以气动发电装置为基础,对锂电池进行监控管理,保证列车在行驶过程中锂电池的安全。在原重载列车车制动系统的基础上,增加了电子控制单元、电磁阀、继动阀和传感器,实现电控空气制动(ECP),解决了快速、重载和混合列车中空重车调整和防滑的精细控制问题。同时,为了保证新系统的兼容性,在原有列车制动系统供气不足的情况下,仍可以使用原有的制动系统。本文提出以STM32单片机为核心的控制系统,其控制策略主要有两个方面:一是列车制动系统,制动控制系统可以控制列车制动过程,实现列车阶段制动与缓解。二是电源监控管理,电源监控系统可以实时检测锂电池温度、电压、电流,并以此为基础通过卡尔曼滤波算法估算出电池剩余电量,保证列车行驶安全。在制动方面,利用空气作为信号源,压力传感器接收压力信号并将其反馈给制动控制系统,将PID与模糊控制相结合,对ECP制动系统进行建模与仿真,研究不同制动指令下ECP制动系统的制动、缓解等性能。从实验中我们可以看出...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外的研究现状
        1.2.1 货运列车供电问题的解决方案
        1.2.2 货运列车制动系统的发展方向
        1.2.3 电控空气(ECP)制动系统
    1.3 本文主要内容
    1.4 本章小结
第2章 重载列车ECP制动系统研究基础
    2.1 气动发电装置概述
    2.2 磷酸铁锂电池的优点及特性
        2.2.1 电池的等效电路模型
        2.2.2 PNGV等效电路模型实现
    2.3 ECP系统制动公式
    2.4 本章小结
第3章 重载列车电源监控及ECP制动系统硬件设计
    3.1 硬件整体结构
    3.2 微处理器概述
    3.3 微控制器最小系统
        3.3.1 电源电路设计
        3.3.2 实时时钟
        3.3.3 复位电路
    3.4 数据存储
    3.5 电源监控部分采集板硬件设计
        3.5.1 采集芯片AD7280A简介
        3.5.2 电压采样电路设计
        3.5.3 电流采样电路设计
        3.5.4 温度采样电路设计
        3.5.5 均衡部分硬件设计
第4章 重载列车ECP制动系统设计方案
    4.1 ECP制动系统的基本工作原理
    4.2 ECP制动系统的分类
        4.2.1 根据通信方式划分
        4.2.2 根据制动模式划分
    4.3 ECP制动系统设计
        4.3.1 独立供电装置下ECP制动系统设计
        4.3.2 ECP制动系统控制指令定义
    4.4 ECP制动系统程序设计
    4.5 本章小结
第5章 重载列车电源电量及ECP制动系统仿真
    5.1 基于卡尔曼滤波的电池剩余电量估算仿真实现
        5.1.1 在非线性系统中的卡尔曼滤波器的分析
        5.1.2 Kalman滤波器变量选定
        5.1.3 仿真模型
        5.1.4 恒流放电仿真结果
    5.2 模糊控制及其MATLAB仿真
        5.2.1 输入、输出变量
        5.2.2 生成模糊变化表
        5.2.3 建模与仿真
    5.3 PID控制仿真
        5.3.1 PID控制方式的整体化
        5.3.2 PID控制的基本算法
        5.3.3 PID基本调试方法
        5.3.4 PID参数整定
    5.4 模糊PID控制器的设计与仿真
    5.5 ECP制动系统建模
    5.6 ECP制动系统仿真
        5.6.1 ECP制动系统仿真
        5.6.2 仿真结果分析
    5.7 本章小结
第6章 总结和展望
参考文献
致谢
攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文



本文编号：3795631