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机车制动试验台电气系统的研制

作　者: 马睿
导　师: 朱善君
学　校: 清华大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 机车制动试验台 实物仿真 恒转矩 恒功率 制动性能
分类号: U270.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


铁路运输的发展,对机车的可靠性、安全性提出了越来越高的要求。日益繁忙的铁路运输,使得正线试车越来越困难。机车定置试验台,具有不占用线路、不受气候影响、可重复再现机车工况、测试机车不同条件下性能、参数等优点,相对线路试验有极大的优越性,可以带来更大的经济效益和社会效益。机车制动试验台是我们研究所与北京二七机车厂的又一合作项目。作为牵引试验台的后续项目,此次制动试验台的研制是要针对电力机车进行制动控制,在恒转矩或恒功率条件下,测量转速和负载改变时机车的制动性能,具有非常重要的现实意义。由于种种原因,该研究在国内尚属首次。由于客观条件的限制和试验安全的需要,实验室组建了实物仿真系统来模拟机车制动试验台的电气系统,以研究实际系统制动性能。实物仿真系统的整体结构采用上位机加下位机的结构,以组态王为核心的上位机主要完成数据显示及控制命令的发送,以PLC为核心的下位机主要负责数据采集以及控制命令的执行;控制方案为基速以下为制动转矩控制,基速以上为制动功率控制。我在该项目中承担的主要工作包括参与机车制动试验台的项目前期调研及系统结构、控制方案和试验流程的设计;搭建实物仿真系统,并进行系统的原理设计和软硬件开发;完成实物仿真系统的运行试验,测得系统的制动性能曲线,进行误差分析并提出了解决方案。主要成果有以下三点:(1)参与了项目的总体设计,完成了前期调研工作,参与设计了机车制动试验台的系统结构、控制方案和试验流程。(2)为验证控制方案和试验流程的合理性,搭建了实物仿真系统,设计了相应的系统结构和控制方案用以模拟实际系统,开发了基于PLC的控制系统和基于组态王的监控系统。(3)运行了实物仿真系统,测得了大量的系统开环、转矩或功率闭环特性数据,并在此基础上绘制出了目标曲线,即系统的制动性能曲线,从而验证了实物仿真系统的有效性,实际系统控制方案的可行性和试验流程的合理性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 引言  9-12
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外发展情况  10-11
  1.3 论文各部分的主要内容  11-12
第2章 机车制动试验台简介  12-24
  2.1 电力机车的制动系统  12-17
    2.1.1 电力机车基础  12-14
    2.1.2 120km/h 交流传动货运电力机车的制动系统  14-17
  2.2 机车制动试验台的工作原理  17-19
    2.2.1 机车定置试验台简介  17-19
    2.2.2 机车制动试验台的工作原理  19
  2.3 机车制动试验台的系统设计  19-22
    2.3.1 机车制动试验台的系统组成  19-21
    2.3.2 机车制动试验台的控制方案  21-22
  2.4 机车制动试验台实物仿真系统  22-24
第3章 实物仿真系统的原理设计  24-39
  3.1 实物仿真系统的功能需求  24-26
    3.1.1 机车型式试验项目  24
    3.1.2 机车出厂试验项目  24-25
    3.1.3 机车制动试验项目  25-26
  3.2 实物仿真系统的软硬件选型  26-31
    3.2.1 监控系统  26-27
    3.2.2 数据采集和控制系统  27-31
  3.3 实物仿真系统的总体设计  31-39
    3.3.1 实物仿真系统的整体结构和功能分配  31-34
    3.3.2 直流他励发电机的基本特性  34-36
    3.3.3 实物仿真系统的控制方案  36-39
第4章 实物仿真系统的控制系统设计  39-64
  4.1 实物仿真系统的硬件组成  39-46
    4.1.1 机组  39-40
    4.1.2 电机励磁  40-43
    4.1.3 变频器  43-44
    4.1.4 PLC  44-45
    4.1.5 霍尔传感器  45-46
  4.2 实物仿真系统控制柜的设计  46-51
    4.2.1 PLC 输入输出单元的原理设计  46-51
    4.2.2 系统输入输出端子的设计  51
    4.2.3 控制柜面板的设计  51
  4.3 基于PLC 的控制系统的设计  51-64
    4.3.1 PLC 简介  51-53
    4.3.2 控制系统的设计要点  53-56
    4.3.3 各任务的详细设计  56-64
第5章 实物仿真系统的监控系统设计  64-74
  5.1 实物仿真系统的软件组成  64
  5.2 基于组态王的监控系统的设计  64-74
    5.2.1 组态王简介  64-68
    5.2.2 监控软件的设计要点  68-73
    5.2.3 小结  73-74
第6章 实物仿真系统的运行结果  74-90
  6.1 系统的开环特性  74-75
  6.2 系统的闭环特性  75-87
    6.2.1 系统的转矩闭环特性  75-84
    6.2.2 系统的功率闭环特性  84-87
  6.3 系统的制动性能  87-88
  6.4 误差分析及解决方案  88-90
第7章 结论  90-92
参考文献  92-94
致谢  94-95
个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果  95

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 车辆工程 > 一般性问题 > 车辆理论及试验 > 车辆试验
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