目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 鐵路牽引動力的發(fā)展 1
1.1.1 世界鐵路牽引的技術(shù)歷程 1
1.1.2 我國鐵路電力牽引技術(shù)的發(fā)展歷程 2
1.2 現(xiàn)代列車牽引傳動系統(tǒng)原理及其控制特點 5
1.2.1 列車牽引動力單元牽引傳動系統(tǒng) 6
1.2.2 列車多動力單元牽引控制 14
1.2.3 列車故障診斷 17
1.3 現(xiàn)代列車牽引控制系統(tǒng)的技術(shù)體系 18
1.3.1 交流傳動牽引控制策略與控制技術(shù) 19
1.3.2 列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系 24
1.3.3 現(xiàn)代列車控制系統(tǒng)保障技術(shù) 26
1.4 列車牽引控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 29
1.4.1 目前主要的發(fā)展現(xiàn)狀 29
1.4.2牽引控制技術(shù)的體系思想發(fā)展 30
1.5 本書的安排 31
參考文獻 32
第2章 信號檢測與處理基礎(chǔ) 33
2.1 引言 33
2.2 列車狀態(tài)信息檢測原理 33
2.2.1 電壓信號檢測原理 33
2.2.2 電流信號檢測原理 34
2.2.3 速度信號檢測原理 35
2.2.4 壓力信號檢測原理 36
2.2.5 溫度信號檢測原理 37
2.2.6 振動信號與加速度檢測原理 38
2.3 傳感信號預(yù)處理技術(shù) 41
2.3.1 信號變換 41
2.3.2 信號放大 45
2.3.3 濾波降噪 46
2.3.4 模/數(shù)轉(zhuǎn)換 51
2.4 數(shù)字信號預(yù)處理技術(shù) 54
2.4.1 常用數(shù)字濾波算法 54
2.4.2 數(shù)字信號濾波 56
2.4.3 卡爾曼濾波的應(yīng)用舉例——速度信號去噪 58
2.5 列車狀態(tài)信息的融合 59
2.5.1 概述 59
2.5.2 信息融合的分類 60
2.5.3 信息融合的主要算法 63
2.5.4 列車狀態(tài)信息的融合 65
2.6 小結(jié) 67
參考文獻 68
第3章 列車控制理論基礎(chǔ) 69
3.1 引言 69
3.2 列車動力學(xué)模型 69
3.3 異步電動機數(shù)學(xué)模型 70
3.3.1 三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學(xué)模型 70
3.3.2 坐標變換 74
3.3.3 異步電動機在兩相坐標系上的數(shù)學(xué)模型 76
3.4 牽引變流器電路拓撲及其PWM調(diào)制 80
3.4.1 兩電平牽引變流器主電路 80
3.4.2 三電平牽引變流器主電路 81
3.4.3 兩電平逆變器調(diào)制 81
3.4.4 三電平變流器調(diào)制 84
3.5 經(jīng)典控制理論 87
3.5.1 經(jīng)典控制概述 87
3.5.2 PID控制及常用算法 88
3.5.3 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 92
3.6 現(xiàn)代控制理論 94
3.6.1 狀態(tài)空間描述 94
3.6.2 狀態(tài)觀測器 95
3.6.3 模型參考自適應(yīng)控制 96
3.6.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制 99
3.6.5 最優(yōu)控制 102
3.7 智能控制 108
3.7.1 智能控制概述 108
3.7.2 模糊控制 108
3.7.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 111
3.8 小結(jié) 114
參考文獻 114
第4章 列車傳動系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器控制 115
4.1 引言 115
4.2 網(wǎng)側(cè)變流器拓撲及原理 117
4.2.1 PWM變流器分類及拓撲 117
4.2.2 網(wǎng)側(cè)變流器基本原理 119
4.2.3 網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)電感設(shè)計 122
4.3 網(wǎng)側(cè)變流器的控制 125
4.3.1 網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略 125
4.3.2 多重化載波移相調(diào)制 130
4.3.3 鎖相環(huán)控制 133
4.4 網(wǎng)側(cè)變流器發(fā)展趨勢 140
4.4.1 PWM變流器中信息融合的應(yīng)用 140
4.4.2 基于信息融合的多目標協(xié)調(diào)優(yōu)化控制 142
4.5 小結(jié) 143
參考文獻 143
第5章 列車傳動系統(tǒng)交流牽引電機控制技術(shù) 145
5.1 引言 145
5.2 交流異步電機變壓變頻控制特性 146
5.3 異步電機轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù) 147
5.4 異步電機矢量控制技術(shù) 149
5.4.1 轉(zhuǎn)子磁場定向(M�睺)坐標系中交流異步電機的數(shù)學(xué)模型 149
5.4.2 磁場定向矢量控制規(guī)律分析 151
5.4.3 典型的交流異步電機矢量控制系統(tǒng) 152
5.5 異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù) 154
5.5.1 異步電機基本數(shù)學(xué)模型 154
5.5.2 直接自控制技術(shù) 156
5.5.3 間接定子量控制技術(shù) 159
5.6 電機狀態(tài)觀測器 161
5.6.1 U-I模型 161
5.6.2 I-N模型 162
5.6.3 U-N模型 163
5.6.4 全階狀態(tài)觀測器 166
5.6.5 擴展卡爾曼濾波器法 167
5.7 基于Fibonacci的效率自尋優(yōu)控制策略 169
5.7.1 電機的效率模型 169
5.7.2 基于Fibonacci自尋優(yōu)效率優(yōu)化控制策略 169
5.8 基于狀態(tài)觀測器的變流器協(xié)同自適應(yīng)控制策略 171
5.8.1 狀態(tài)觀測器 171
5.8.2 基于狀態(tài)觀測器的變流器協(xié)同自適應(yīng)控制策略 172
5.9 無速度傳感器控制技術(shù) 173
5.9.1 無速度傳感器技術(shù)在軌道交通的應(yīng)用特點 174
5.9.2 無速度傳感器控制技術(shù)策略 175
5.10 小結(jié) 178
參考文獻 178
第6章 永磁同步牽引電機控制技術(shù) 180
6.1 引言 180
6.2 永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型 180
6.2.1 永磁同步電機在三相靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型 181
6.2.2 永磁同步電機在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型 182
6.3 基于轉(zhuǎn)子磁場定向的永磁同步電機控制系統(tǒng) 184
6.4 永磁同步電機電流控制策略 189
6.4.1 id=0控制 189
6.4.2 最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制 189
6.4.3 考慮飽和效應(yīng)的永磁同步電機最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制策略 192
6.5 弱磁控制策略 195
6.6 基于內(nèi)模校正永磁同步電機DeadBeat直接轉(zhuǎn)矩控制 199
6.6.1 無差拍直接轉(zhuǎn)矩控制原理 199
6.6.2 限定條件下的無差拍直接轉(zhuǎn)矩控制 201
6.6.3 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 202
6.6.4 內(nèi)模反饋校正 203
6.7 小結(jié) 204
參考文獻 205
第7章 列車黏著利用控制 206
7.1 引言 206
7.2 列車黏著基本概念及特性 207
7.2.1 黏著基本概念 207
7.2.2 黏著特性 208
7.2.3 影響列車可用黏著系數(shù)的因素 209
7.2.4 影響列車黏著利用率的因素 209
7.2.5 輪對的空轉(zhuǎn)與滑行 210
7.3 提高列車黏著性能的措施 211
7.3.1 提高可用黏著系數(shù)的方法 211
7.3.2 提高黏著利用率的方法 211
7.4 列車黏著利用控制方法 212
7.4.1 再黏著控制方法 212
7.4.2 優(yōu)化黏著控制方法 213
7.5 黏著利用控制的新策略與新技術(shù) 217
7.5.1 舒適度提升型控制策略 218
7.5.2 基于模糊邏輯的黏著控制技術(shù) 220
7.5.3 基于狀態(tài)觀測器的黏著控制技術(shù) 221
7.6 小結(jié) 223
參考文獻 223
第8章 重載列車同步控制 224
8.1 引言 224
8.2 重載列車同步控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 226
8.2.1 重載列車縱向力的數(shù)學(xué)模型 226
8.2.2 重載列車縱向力計算 227
8.2.3 列車縱向力仿真模型構(gòu)建方法 231
8.2.4 基于馬爾可夫決策的同步指令傳輸技術(shù) 234
8.2.5 制動同步控制技術(shù) 236
8.3 分布動力無線重聯(lián)同步控制系統(tǒng)的組成 241
8.4 分布動力無線重聯(lián)通信系統(tǒng)組成 243
8.5 分布動力無線重聯(lián)控制與安全策略 243
8.6 小結(jié) 245
參考文獻 246
第9章 列車通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論 248
9.1 引言 248
9.2 列車通信網(wǎng)絡(luò)的基本框架 249
9.2.1 列車通信網(wǎng)絡(luò)的組成 249
9.2.2 列車通信網(wǎng)絡(luò)的通信模式 253
9.2.3 列車通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲 253
9.2.4 列車通信網(wǎng)絡(luò)的OSI模型 255
9.2.5 列車通信網(wǎng)絡(luò)的性能評估指標 257
9.3 列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 259
9.3.1 基于現(xiàn)場總線的列車通信網(wǎng)絡(luò) 259
9.3.2 基于以太網(wǎng)的列車通信網(wǎng)絡(luò) 262
9.4 列車通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 263
9.4.1 實時性保障技術(shù) 263
9.4.2 可靠性保障技術(shù) 264
9.4.3 列車重構(gòu)技術(shù) 264
9.5 小結(jié) 268
參考文獻 268
第10章 列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WTB/MVB) 270
10.1 引言 270
10.2 WTB/MVB實時性保障技術(shù) 271
10.2.1 概述 271
10.2.2 WTB/MVB實時數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 271
10.3 WTB/MVB可靠性保障技術(shù) 277
10.3.1 信號編碼及差錯控制 277
10.3.2 冗余技術(shù) 282
10.3.3 物理層防護與隔離 285
10.4 WTB網(wǎng)絡(luò)自動重構(gòu)技術(shù) 286
10.4.1 WTB端節(jié)點和末端節(jié)點 286
10.4.2 初運行過程 287
10.5 WTB/MVB網(wǎng)絡(luò)管理 289
10.5.1 概述 289
10.5.2 監(jiān)視功能 289
10.5.3 配置功能 289
10.5.4 維護功能 289
10.6 小結(jié) 290
參考文獻 290
第11章 列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(ECN/ETB) 292
11.1 引言 292
11.2 實時性保障技術(shù) 293
11.2.1 概述 293
11.2.2 列車實時數(shù)據(jù)協(xié)議 294
11.2.3 服務(wù)質(zhì)量保障 298
11.2.4 組播技術(shù) 300
11.3 車載實時以太網(wǎng)可靠性保證技術(shù) 302
11.3.1 車載實時以太網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu) 302
11.3.2 列車骨干網(wǎng)冗余 307
11.4 列車重構(gòu)技術(shù) 309
11.4.1 網(wǎng)絡(luò)初運行 309
11.4.2 跨編組通信物理尋址與功能尋址 314
11.5 車載實時以太網(wǎng)的安全保障技術(shù) 317
11.5.1 VLAN技術(shù) 317
11.5.2 數(shù)據(jù)安全 320
11.5.3 安全通信 321
11.6 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù) 325
11.7 小結(jié) 326
參考文獻 326
第12章 列車牽引控制系統(tǒng)平臺 328
12.1 引言 328
12.2 列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)平臺 329
12.2.1 列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)平臺概述 329
12.2.2 列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)功能單元 330
12.2.3 列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)軟件平臺 338
12.2.4 列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)工具平臺 339
12.3 列車牽引變流控制平臺 347
12.3.1 列車牽引變流控制平臺概述 347
12.3.2 列車牽引變流控制硬件平臺 351
12.3.3 列車牽引變流控制軟件平臺 357
12.3.4 列車牽引變流控制工具軟件平臺 361
12.4 小結(jié) 365
第13章 列車控制系統(tǒng)集成技術(shù) 366
13.1 概述 366
13.2 控制系統(tǒng)集成的概念 366
13.2.1 系統(tǒng)集成的基本原則 366
13.2.2 控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換與集成 367
13.3 列車控制系統(tǒng)集成的一般過程 367
13.3.1 系統(tǒng)功能分解 368
13.3.2 接口定義 378
13.4 列車控制系統(tǒng)的可靠性預(yù)計 383
13.4.1 復(fù)雜系統(tǒng)可靠性預(yù)計的基本概念 384
13.4.2 系統(tǒng)可靠性預(yù)計理論及常用方法 384
13.4.3 可靠性預(yù)計應(yīng)用實例 388
13.5 小結(jié) 390
第14章 環(huán)境與組合試驗 391
14.1 引言 391
14.2 型式試驗 391
14.2.1 型式試驗的定義 391
14.2.2 型式試驗的目的 392
14.2.3 型式試驗要求 392
14.2.4 試驗項目 392
14.3 標準對比分析 406
14.4 組合試驗 407
14.4.1 組合試驗的概念 407
14.4.2 組合試驗的目的 407
14.4.3 組合試驗的技術(shù)方案 408
14.5 牽引系統(tǒng)組合試驗 409
14.5.1 概述 409
14.5.2 牽引系統(tǒng)組合試驗的范圍 409
14.5.3 牽引系統(tǒng)組合試驗需求 410
14.5.4 牽引系統(tǒng)組合試驗系統(tǒng)設(shè)計 413
14.6 小結(jié) 418
第15章 電磁兼容性測試 419
15.1 引言 419
15.2 引用文件 419
15.3 試驗項目列表 420
15.4 試驗端口列表 420
15.5 試驗 421
15.5.1 試驗條件 421
15.5.2 試驗用儀器儀表及設(shè)備 422
15.5.3 性能評定 422
15.5.4 試驗要求 423
15.5.5 性能驗證 430
15.6 小結(jié) 431
第16章 可靠性試驗 432
16.1 引言 432
16.1.1 可靠性試驗的目的 432
16.1.2 可靠性試驗分類 433
16.2 高加速壽命試驗 436
16.2.1 目的 436
16.2.2 試驗項目 436
16.2.3 試驗后分析 443
16.3 環(huán)境應(yīng)力篩選試驗 443
16.3.1 目的 443
16.3.2 試驗項目 443
16.3.3 試驗后檢測 445
16.4 小結(jié) 445
第17章 列車通信網(wǎng)絡(luò)一致性測試 446
17.1 引言 446
17.2 TCN網(wǎng)絡(luò)一致性測試 447
17.2.1 概述 447
17.2.2 TCN網(wǎng)絡(luò)一致性測試的目的 447
17.2.3 TCN網(wǎng)絡(luò)一致性測試的技術(shù)方案 447
17.2.4 TCN網(wǎng)絡(luò)一致性測試的測試方法 450
17.2.5 TCN網(wǎng)絡(luò)一致性測試系統(tǒng)主要參數(shù) 463
17.2.6 關(guān)鍵指標 464
17.3 無線通信設(shè)備的一致性測試 464
17.3.1 測試類型 464
17.3.2 測試標準 464
17.3.3 測試設(shè)備 465
17.3.4 測試項目 466
17.4 小結(jié) 475
附錄A高速動車組牽引控制系統(tǒng)實例 477
A.1 項目背景 477
A.2 某型高速動車組試驗車的總體概述 477
A.3 牽引控制系統(tǒng) 478
A.3.1 牽引傳動系統(tǒng) 478
A.3.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 481
A.4 系統(tǒng)功能 485
A.4.1 系統(tǒng)級控制 485
A.4.2 系統(tǒng)監(jiān)視 487
A.4.3 系統(tǒng)診斷 487
A.4.4 系統(tǒng)檢修 487
A.4.5 傳動級控制 488
A.5 應(yīng)用概況 492
A.5.1 總體應(yīng)用環(huán)境 492
A.5.2 試驗項目 492
A.5.3 平臺應(yīng)用 493
附錄B重載重聯(lián)列車牽引控制系統(tǒng)實例 494
B.1 項目背景 494
B.2 應(yīng)用實例情況介紹 494
B.2.1 重聯(lián)機車概述 494
B.2.2 機車主電路概覽 496
B.2.3 牽引變流器 497
B.2.4 機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 498
B.3 機車無線重聯(lián)同步控制系統(tǒng)方案 500
B.3.1 硬件配置與功能 503
B.3.2 系統(tǒng)功能及性能指標 508