城轨牵引系统半实物仿真与应用

文章基于dSPACE的实时仿真器构建了一套传动控制单元半实物仿真及测试系统,并在城轨牵引系统半实物仿真中得到了应用。针对各种实际工况,对现场真实牵引控制器进行了实时仿真测试及验证,仿真测试结果证明了仿真系统和模型的有效性,为产品现场验证、故障再现和回归测试提供了完善的软硬件平台,也为产品软件和硬件预研开发提供了便利环境。     

铁路车辆牵引主回路接地故障诊断与处理半实物仿真系统设计

针对铁路车辆牵引主回路接地故障诊断与处理功能测试需求，设计了一套半实物仿真系统。通过分析动力集中动车组牵引主回路正常情况及发生接地故障时的电压电流关系，建立牵引主回路模型和故障注入模型，并利用该动车组牵引控制单元对设计的仿真系统进行了实时测试与验证。测试结果证明了该半实物仿真系统及模型的有效性，既可以用于正常工况下牵引回路控制性能仿真，也可以用作故障诊断与处理功能的仿真测试，具有较高的应用价值。     

CTCS-3级车载系统MVB接入设备的研究与实现

介绍CTCS-3级列车车载系统采用多功能车辆总线(MVB)进行通信的功能单元以及各个单元间的周期性和突发性通信行为。在对MVB总线协议以及上层应用协议进行分析的基础上,以MVB-Ethernet网关为例,详细介绍MVB通信网关的硬软件实现技术以及MVB网关设备在半实物仿真平台中的应用。     

基于改进LS-SVM算法的列车通信网络时延预测方法

由于通信网络诱导时延的存在会对列车牵引制动系统造成影响,因此对时延精准预测并实现补偿十分重要。提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法优化的最小二乘法支持向量机(LS-SVM)算法对列车通信网络时延进行预测,搭建了列车网络控制系统半实物平台,使数据通过多功能车辆总线(MVB)进行传输,分别改变车辆控制单元(VCU)特征周期及负端口数量大小,以获取大量不同特性的时延数据。将数据分组后利用改进的PSO算法优化LS-SVM算法进行预测仿真。仿真结果表明,与传统的LS-SVM算法及Elman神经网络算法的预测方法相比,所提出的方法在列车通信网络的时延预测方面具有更好的快速性和准确性。     

WorldFip-CAN网关的设计

为解决重载机车、地铁列车FIP网络控制系统与带有CAN接口的车载电气设备(如制动控制单元、牵引控制单元)的互通、互联问题,设计了一款WorldFip-CAN通信网关,用于实现WorldFip总线与CAN总线通信数据的转换。介绍了网关的架构和可靠性设计,详细描述了网关的硬件实现方法和软件设计方法,利用WorldFip网络测试平台对该设备进行了互联、互通的测试。测试结果表明,该网关可实时、可靠地进行CAN网络与WorldFip网络之间通信数据的转发,并为推动我国基于WorldFip网络的轨道列车车载电气部件国产化进程提供了有力支持。     

动车组制动控制系统半实物仿真平台的设计与实现

为了给实际动车组制动控制系统的研发和技术改进提供测试和验证平台,在对制动控制系统原理及制动功能分析的基础上,以CRH2动车组中一动一拖基本制动单元为对象,通过分析制动控制装置的输入输出信号,完成了制动控制系统半实物仿真平台硬件系统的设计和构建,以及制动控制相关的所有功能软件的设计;并经过软硬件系统的联合调试,有效实现了列车制动过程的半实物仿真运行。试验结果表明,所设计平台能够模拟实际运行环境,能够准确而较为真实地反映动车组的制动控制性能,达到了预期目标。     

地铁永磁直驱牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真研究

文章以地铁永磁直驱系统为对象,具体阐述了牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真系统的设计与实现过程,首先建立地铁永磁直驱牵引传动系统主电路的“CPU+现场可编程门阵列(FPGA)”模型,将其与车载牵引控制器(TCU)实物进行联合调试仿真,并通过对比仿真结果与地面联调试验数据进行验模,仿真结果与设计目标转矩的相对误差满足±5%的要求;然后联合车辆动力学模型,搭建牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真平台,通过牵引传动模型对车辆动力学模型施加电机转矩,并将车辆运行速度反馈给牵引传动模型,实现牵引传动和动力学的动态协同仿真。结果表明,车辆动力学响应可反映电机转矩脉动的影响,计算结果的频率成分更加丰富,更加符合真实情况,与单学科仿真相比更加具有优势。     

列车运行控制系统故障注入测试方法研究

故障注入测试在对列控系统的功能、安全性验证测试中具有重要作用,通过故障注入测试可以分析列控核心设备对故障-安全的响应行为,以此评价系统功能的设计水平。为解决现有基于仿真的故障注入测试方法可信度不高、通用性较差的问题,以列控设备接口间的通信数据为着眼点,利用铁路信号安全通信协议(RSSP)、借助序列化技术与面向对象编程思想,设计了一种应用于列控系统真实设备的故障注入测试方法。在实验室中利用真实的列控系统环境,通过对典型通信数据错误场景的模拟,完成了对本测试方法的验证。验证结果表明,提出的故障注入测试方法满足故障注入测试的需求,提高了测试结果的可信度,并且在不同的设备接口间具有良好的通用性。     

高速铁路移动通信系统WINNER信道性能分析

在对无线信道模型和铁路电波传播环境研究基础上,提出WINNER D2a信道模型是高速铁路无线信道的合适选择,并建立了高速铁路移动通信系统WINNER D2a信道半实物仿真平台。与传统的计算机仿真相比,半实物仿真平台具有更高的仿真性和实时性,并能在实验室对设备在高速铁路上的性能进行测试。在仿真平台上对不同移动速度、同频干扰、接收电平条件下的高速铁路移动通信系统的性能进行了仿真。分析结果表明:移动速度和同频干扰对系统性能影响非常大,而接收电平则对性能没有明显影响。最后探讨了改善系统性能的技术措施。     

动车组防滑系统硬件在环仿真测试研究

为提高动车组防滑系统的设计与验证效率,运用硬件在环仿真技术,提出一种基于测试环境仿真建模模拟的防滑系统半实物仿真测试方法。在介绍防滑系统工作原理的基础上,建立了气路控制单元、车辆动力学及轮轨粘着等防滑测试环境仿真模型,完成了防滑系统硬件在环仿真测试平台的搭建,开展了动车组防滑系统仿真测试,并将结果与线路测试结果对比分析,证明了防滑系统硬件在环仿真测试平台的测试有效性,该平台的有效性评价指标均满足行业标准要求。     

列车网络控制系统半实物仿真平台设计及应用

针对列车网络控制系统的功能测试需求,设计半实物仿真平台,描述了该网络半实物仿真平台的方案设计、具体实现方法以及应用过程。应用表明,所设计的仿真测试平台能够很好地解决现有测试方法存在的诸多问题,具有较强的技术性和创新性。     

基于AMESim的列车制动系统建模及半实物仿真研究

采用AMESim软件建立了地铁列车架控制动系统仿真模型,设计了半实物仿真平台,测试结果表明制动系统仿真模型和半实物仿真平台满足测试要求。     

高速动车组消息数据通信技术研究与实现

鉴于消息数据传递在高速动车组通信网络中的重要作用,依据UIC 556协议规范,详细分析采用UIC 556通信协议实现动车组之间消息数据的传输过程,研究在列车网络上发送的E报文(消息数据报文)的主要机制及过程,并以此为基础,在仿真平台上利用CSS软件和Unicap软件进行半实物仿真模拟,仿真结果表明可实现消息数据的传输。     

高速铁路GSM-R系统无线信道特性仿真

根据无线信道特性和高速铁路场景,建立高速铁路GSM-R系统无线信道小尺度衰落模型。从时域和频域2个方面,定量分析时延扩展、相干带宽、电平通过率和相干时间等无线信道参数。利用搭建的高速铁路GSM-R系统半实物仿真平台,对高速铁路GSM-R系统的性能进行仿真测试。计算机仿真和半实物仿真结果表明:列车运行速度的提高会造成通信质量不同程度的下降;列车运行速度为350 km.h-1时的下行链路通信质量与80 km.h-1时相比有一定程度的下降,但可以满足GSM-R系统的要求,通信质量是有保障的;列车运行速度达到500 km.h-1后,通信质量发生明显的恶化;优化接收机设计是解决通信质量恶化问题的关键。     

基于试验与仿真相结合的空气制动流体方程解析

国内重载货运列车技术发展迅速,尤其是新型货车制动机技术,对长大编组的列车而言,进行空气制动性能试验的难度也在增加。每辆货车制动机结构的特性和设计参数相同,并且单车试验性能一致,但在列车管初充气和制动缓解工况下气压传递过程有所不同。通过建立列车制动管路气压数学模型,结合单阀、单车实物试验,建立整列车关于制动工况和缓解工况的半实物仿真试验平台。半实物仿真试验平台要求仿真模型通过硬件接口进行实时控制,并根据试验采集的真实数据,对模型进行修正,确保建立的试验仿真模型合理与科学,并运用制动空气流体力学方程进行解析与求解。文章采用空气动力学偏微分方程组求解,运用特征线法和气容容积充放气模型进行解析仿真计算,结合修正函数进行实时修正,实现半实物仿真试验系统实时控制的功效,为建立智能化试验平台,建立理想的数学模型提供理论基础。     

高速磁浮交通运行控制系统综合仿真试验平台

针对高速磁浮交通运行控制系统总体协同仿真试验和集成测试的需求，提出了通过数字化仿真和实物接口设备相结合的方式构建综合仿真试验平台的实现方案。按照高速磁浮交通系统特点、构成和基本原理，将磁浮列车动力学和运动学模型通过其目标线路模型所属分区属性与相应分区牵引系统模型进行车-地受力关联建模，以关联计算模型为核心扩展建立了包含车辆系统模型、车载运行控制接口、分区运行控制接口等在内的半实物仿真试验环境，接入被试运行控制系统设备，构成针对运行控制系统的闭环试验系统。同时，采用有线局域网组网形式实现车地无线通信仿真，为磁浮运行控制系统集成仿真试验提供网络互连测试环境。经实际项目的试验应用证明，该试验平台仿真功能完整、合理、有效，能够为高速磁浮运行控制系统提供功能全面、仿真程度高的测试和验证环境。     

基于多功能车辆总线的地铁车辆远程监测系统研究

多功能车辆总线(MVB)上传送了大量关于地铁车辆运行状态的信息,对故障检测及设备维修有着重要的参考价值。设计一套由解码系统、传输系统和监测系统3 个部分组成的基于MVB 总线的地铁车辆信息远程监系统,实现地铁车辆运行状态的远程监测。介绍该系统的总体设计,以及3个子系统的原理和功能,并利用车门半实物仿真平台和车门控制单元(EDCU)进行系统测试,验证整个数据流程的完整性以及可行性。     

基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统

由实物模型子系统、控制子系统和智能调度子系统搭建基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统。采用实物微缩模型与抽象模型相结合的方法,构建列车运行控制过程的半实物仿真环境及仿真算法;基于DxdcNet/LocoNet通信协议,定义用于各子系统间数据交互的数据格式及通信协议;采用C#编程语言编制相关系统软件。对以京津城际铁路为背景搭建的基于运行图驱动的列车运行控制半实物仿真系统进行测试,结果表明:可以直观地仿真三显示、四显示和准移动闭塞模式下的列车运行全过程,在1h内完成全日运行图的行车组织过程演练并获取相关数据,为列车运行计划的编制和安全实施提供科学依据。该系统已投入实际使用,并在调度指挥教学、运行图动态性能检测等方面均取得了良好效果。     

基于虚拟仪器的机车信号设备抗谐波干扰测试系统

在电气化区段，机车信号设备经常受到不平衡牵引电流中谐波电流干扰，导致掉码。针对传统机车信号抗谐波干扰测试效率低和误差大等缺点，设计基于虚拟仪器技术的机车信号设备抗谐波干扰测试系统，利用PID控制，通过建立机车信号系统半实物半仿真环境，实现机车信号设备抗谐波电流干扰自动测试。该系统利用LabVIEW平台编程，开发简单，具有良好的人机界面，测试结果表明，使用该系统，机车信号抗谐波干扰测试效率和精度得到了明显提高。     

牵引变压器连接刚度对车体与设备振动影响分析

建立了高速综合检测列车牵引变压器及其冷却单元与车体间的刚柔耦合力学模型,研究了利用模态叠加原理计算车体和附属设备耦合系统振动加速度的计算方法。利用数值仿真方法分析了牵引变压器和冷却单元与车体间的连接刚度对车体和设备振动的影响。