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EMS型高速磁浮列车悬浮导向系统远程监控技术研究

作　者: 石卫明
导　师: 佘龙华
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 高速磁浮列车悬浮导向系统远程监控 GSM/GPRS 流量控制
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以“十一五”国家科技支撑计划“高速磁浮交通技术创新与产业化研究”为背景,以常导高速磁浮列车的悬浮导向控制系统为应用对象,研究其远程监控技术。通过该项技术,就可在全球任何被移动通信网络覆盖的区域准实时地监控磁浮列车悬浮导向系统的状态,因此,对该技术的研究具有重要的工程应用价值。本文的主要研究工作包括:1、根据高速磁浮列车悬浮导向远程监控系统的功能及性能需求,提出了悬浮导向远程监控系统的一种体系结构。该体系结构的特征在于把专用的车载CAN总线网络和公用GSM/GPRS移动通信网络的优势互相结合,可实现同时对两节高速磁浮列车共64套悬浮控制器和64套导向控制器的远程监控。根据该体系结构设计的远程监控系统具有性价比高、可靠性好等优势。2、将流量控制概念引入悬浮导向远程监控系统中,建立了系统数据流量模型。针对此模型并结合远程监控系统硬件特点,设计了易于单片机实现的两种控制器——基于离散PID算法和基于Kalman算法的流量控制器。通过仿真分析对比证明Kalman算法更有效且鲁棒性较好,保证了系统传输大量数据时不丢失数据且能充分利用网络带宽,具有较高的实用价值。通过对系统中数据传递时延的分析,提出了数据压缩编码、根据GPRS网络MTU(最大传输单元)确认发送包大小等改进方法,提高了监控系统的实时性。3、完成了远程监控系统软硬件的设计、实现和测试,采用了冗余技术对系统进行可靠性设计,提高了系统对车载环境的适应性以及无线数据传输的稳定性。进行了数据传输完整性的测试,测试结果表明,在低于网络最大负载的情况下远程监控系统可准确地传输数据,不会出现丢失数据。本文设计的磁浮列车悬浮导向远程监控系统现已初步应用于上海某磁浮试验线上,应用表明该系统完全符合要求。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 悬浮导向远程监控技术亟待解决的主要问题  12-14
  1.3 悬浮导向远程监控技术研究现状  14-16
    1.3.1 远程无线通信技术研究现状  14-15
    1.3.2 列车领域远程无线监控技术的应用  15-16
  1.4 本文主要内容与章节安排  16-18
    1.4.1 本文主要内容  16-17
    1.4.2 章节安排  17-18
第二章悬浮导向远程监控系统体系结构  18-30
  2.1 系统需求分析  18-21
    2.1.1 系统远程监控的对象  18-20
    2.1.2 系统功能与性能要求  20-21
  2.2 系统体系结构组成  21-27
    2.2.1 系统体系结构  21-23
    2.2.2 车载CAN 总线网络组网方式  23-26
    2.2.3 远程数据传输方案  26-27
  2.3 系统基本功能实现  27-29
    2.3.1 事件管理  27-28
    2.3.2 数据信息监测  28
    2.3.3 控制命令操作  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章悬浮导向远程监控系统流量与时延控制  30-51
  3.1 远程监控系统传输信息类型及QoS 要求分析  30-31
  3.2 监测数据流量控制系统建模  31-35
    3.2.1 数据流量控制问题描述  31-32
    3.2.2 系统数据流量开环模型  32-34
    3.2.3 监测数据流量闭环控制系统模型  34-35
  3.3 基于离散PID 算法的流量控制器设计  35-39
    3.3.1 离散PID 算法控制器设计  35-36
    3.3.2 PID 参数整定  36-37
    3.3.3 仿真实验及分析  37-39
  3.4 基于Kalman 算法的流量控制器设计  39-46
    3.4.1 Kalman 算法控制器设计  39-41
    3.4.2 稳定性分析  41-42
    3.4.3 TCP 链路利用状况  42-43
    3.4.4 仿真实验及分析  43-46
  3.5 数据远程传输时延分析与控制  46-49
    3.5.1 数据远程传递时延的形成  46-47
    3.5.2 系统传输信息时延控制  47-49
  3.6 本章小结  49-51
第四章悬浮导向远程监控系统设计、实现及测试  51-75
  4.1 悬浮导向远程监控系统硬件实现  51-57
    4.1.1 CAN-CAN 网关硬件设计和实现  51-52
    4.1.2 CAN-GPRS 网关硬件设计和实现  52-55
    4.1.3 短消息终端硬件设计和实现  55
    4.1.4 硬件可靠性设计和实现  55-57
  4.2 悬浮导向远程监控系统软件实现  57-70
    4.2.1 CAN-CAN 网关软件设计和实现  57-58
    4.2.2 CAN-GPRS 网关软件设计和实现  58-64
    4.2.3 短消息终端软件设计和实现  64-66
    4.2.4 管理员PC 终端（远程监控中心）设计和实现  66-68
    4.2.5 软件可靠性设计和实现  68-70
  4.3 悬浮导向远程监控系统测试  70-74
  4.4 本章小结  74-75
第五章总结与展望  75-77
  5.1 工作总结  75-76
  5.2 研究展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-82
作者在攻读硕士学位期间取得的学术成果  82

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