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电力机车传动单元分布式智能控制系统的研究与设计

徐洋波  
【摘要】: 电力机车牵引传动控制装置作为电力机车的关键技术设备之一,有着机车“神经中枢”和“大脑”之称。目前我国电力机车传动控制系统多采用基于传统PID的速度、电流双闭环控制结构,其电流、转速调节器是由以“模拟运算放大器”为主要元件构成的模拟PID调节器。这种模拟式PID调节器参数固定,控制结构简单、稳定性较好、易于工程实现。但系统的调节过程过分依赖于控制对象的模型参数,且其控制算法的系统动态性能和鲁棒性较差。 针对列车运行过程中的多目标、大滞后、非线性等特点,本文首先分析了交直型电力机车的工作原理与传动系统的控制方法,提出了基于转向架独立控制的电力机车传动单元分布式控制系统,然后研究了模糊控制和神经网络理论与算法在电力机车中的应用方法,设计完成“电力机车模糊RBF神经网络PID自适应调速智能控制算法”,并在MATLAB/SIMULINK环境下进行了仿真。系统硬件设计采用分布式控制结构,综合应用32位ARM7微处理器、FPGA和CAN总线通信技术,设计开发了“电力机车传动单元分布式智能控制系统”1、2号试验样机;并在嵌入式实时操作系统uCOS-Ⅱ环境下,完成系统控制软件的设计与智能控制算法的实现。最后,就系统常见故障作了应对处理方案。 “电力机车分布式智能传动控制系统”样机在成都铁路局机务段、成都至资阳铁路运营线(段)实际装车试运考核。试验证明:该系统结构设计合理,硬件安全可靠,智能控制算法实用、高效,系统控制性能良好。试验过程中,列车起动快速、平稳,调速调节平滑,动态调节误差小。系统达到了预期的设计目的。


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