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铁道机车车辆 2025年第2期45卷 139-146页

作者：徐晗北京纵横机电科技有限公司北京100094 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

牵引系统是城市轨道交通车辆的核心子系统,为车辆提供动力。牵引控制系统作为牵引变流器的重要组成部分,主要实现牵引变流器的控制和保护,包括牵引力与电制动力的控制、防滑与防空转的控制、故障保护与诊断记录等。随着安全性要求的不... 详细信息

牵引系统是城市轨道交通车辆的核心子系统,为车辆提供动力。牵引控制系统作为牵引变流器的重要组成部分,主要实现牵引变流器的控制和保护,包括牵引力与电制动力的控制、防滑与防空转的控制、故障保护与诊断记录等。随着安全性要求的不断提升,用户对牵引系统关键功能提出了相应的安全功能,并达到符合EN 50126或同等标准等级的安全完整性。文中介绍了牵引控制系统在紧急制动下牵引切除安全功能的设计原理,并通过故障树分析与定量计算,提出了满足安全完整性等级SIL4量化要求的技术方案。

关键词：轨道交通牵引控制系统安全功能安全完整性故障树

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微小故障诊断与预测技术及其在高速列车牵引控制系统中的应用

微小故障诊断与预测技术及其在高速列车牵引控制系统中的应用

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作者：吴云凯南京航空航天大学

学位级别：博士

高速列车因其舒适、便捷、安全和准时,已成为我国主流的城际间交通工具。CRH(China Railway High-speed)动车组高速列车是一个大型复杂的机电耦合系统,作为其重要组成部分,牵引控制系统的可靠性对于高速列车的安全运营至关重要。随着在... 详细信息

高速列车因其舒适、便捷、安全和准时,已成为我国主流的城际间交通工具。CRH(China Railway High-speed)动车组高速列车是一个大型复杂的机电耦合系统,作为其重要组成部分,牵引控制系统的可靠性对于高速列车的安全运营至关重要。随着在轨运行时间的增长,牵引控制系统中的很多部件都会发生不同程度的性能衰退并引发早期微小故障。这些故障由于特征微弱,不易被列车故障监控系统及时检测出,但随着故障的逐步加剧,有可能演变为重大的灾难事故,给高速列车的安全运行带来潜在危险。因此,针对动车组高速列车的牵引控制系统开展早期微小故障诊断和预测的研究具有重要意义。本文针对CRH动车组高速列车牵引控制系统中可能出现的早期微小故障开展检测、诊断(故障的定位和重构)以及故障预测的理论研究。主要研究对象包括悬挂控制系统、感应电机驱动电路、感应电机传感器、变流器控制系统、感应电机本体(定子和转子绕组)等。系统模型描述形式包括线性定常系统、T-S模糊系统、具有不确定性的非线性系统以及广义非线性系统。本文主要工作包括以下6个方面:(1)系统地论述了线性系统基于ToMFIR残差的故障检测机理,主要包括:线性定常系统的ToMFIR残差理论、鲁棒ToMFIR残差理论、ToMFIR残差的近似计算理论、观测器残差修正理论等。构造了动车组列车悬挂系统的动态模型,包含轨道的垂向不平顺信号和多种类型的执行器早期微小故障。根据线性系统鲁棒ToMFIR残差理论和近似计算理论,实现悬挂系统执行器早期微小故障的检测。仿真结果表明,所提故障检测方案可以有效解决微小故障检测问题,在实时性和准确性方面都明显优于基于观测器残差的故障检测方法。(2)针对T-S模糊系统中早期微小故障的检测和诊断问题,设计了基于T-S模糊ToMFIR残差的故障检测方案,进一步结合滑模观测器和基于ToMFIR残差的隔离阈值实现微小故障的隔离,最后基于自适应观测器估计出执行器的效能损失比例。所提方法不仅能消除原始的基于ToMFIR残差的故障检测对于系统结构的约束,而且给出了形式更为一般的基于ToMFIR残差的故障诊断架构。该算法成功应用于牵引电机控制系统中驱动电路微小故障的诊断,并获得较好的仿真验证效果。(3)针对传感器早期微小故障往往呈现并发的特性,基于ToMFIR残差理论的进一步研究结果,给出了具有不确定性的非线性系统复合传感器故障的检测和定位方案,并应用于CRH2型动车组列车电机牵引控制系统的仿真中,成功实现了当电流传感器和转速传感器早期微小故障并发时的及时检测和精确定位。研究结果表明,基于ToMFIR残差的故障检测理论可以直接应用于非线性系统中,在解决实际系统(多为非线性系统)的早期故障诊断问题时,无需依赖繁琐的线性化手段,并可直接使用非线性系统的观测器设计方法。(4)广义系统可以用来描述许多大型复杂系统,并在电力系统、机电系统中有着广泛的应用,因此本章针对广义系统开展执行器/传感器早期微小故障重构的研究。首先通过参数化执行器和传感器的故障项,构造增广的广义系统模型,其次通过广义估计器的设计解耦系统中的扰动输入和输出测量噪声,为了获得最佳的故障重构效果,基于状态估计误差的数学表述提出了一个线性矩阵不等式优化问题,最终保证了在既定约束条件下的最优估计性能。以CRH2型动车组列车的三相逆变器控制系统为仿真应用对象,实现了对故障前后系统的状态、执行器/传感器早期微小故障以及输出测量噪声的准确估计。(5)牵引电机的本体故障(定/转子绕组故障),是牵引电机控制系统中的主要故障类型。开展牵引电机早期本体故障的检测和诊断研究,不仅可以提高电机本身的可靠性,而且可以避免高速列车牵引控制系统发生重大故障。首先对三相鼠笼式异步电机定/转子绕组的早期故障进行数学建模和趋势特性分析,构建了牵引电机d-q坐标系状态空间方程(包括可能的绕组故障和负载扰动),并针对此单输出系统提出了基于鲁棒观测器的故障检测和隔离方案,实现了定子绕组小范围绝缘层击穿(5%绝缘层击穿)故障下的检测和定位,具有较强的工程参考应用价值。(6)针对高速列车牵引系统中故障传播的机理和故障概率预测的问题,提出了一种基于键合图和贝叶斯网络的故障预测方法。首先基于CRH2型动车组列车逆变器-牵引电机级联子系统的固有物理结构,构造系统的键合图模型,为故障传播机理的研究提供定性模型;其次借助键合图模型辅助确定贝叶斯网络的结构,并针对完备数据集和不完备数据集,分别通过不同的参数学习方法(贝叶斯估计和EM算法)得到贝叶斯网络的条件概率表;最后根据确定的多层贝叶斯网络结构,采用多树传播的推理算法,实现了高速列车牵引控制系统中定/转子电路的故障概率预测。

关键词：微小故障复合故障故障检测故障隔离故障估计/重构故障预测牵引控制系统高速列车

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基于列车通信网络的牵引控制系统建模及控制策略研究

基于列车通信网络的牵引控制系统建模及控制策略研究

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作者：李欣兰州交通大学

学位级别：博士

随着网络控制系统广泛应用于高速动车组和城市轨道交通列车，以交流异步牵引电机为核心设备的网络化列车牵引控制系统作为一个功能相对独立的控制系统是确保动车组安全、可靠和稳定运行的关键系统。网络化列车牵引控制系统实现的是交流... 详细信息

随着网络控制系统广泛应用于高速动车组和城市轨道交通列车，以交流异步牵引电机为核心设备的网络化列车牵引控制系统作为一个功能相对独立的控制系统是确保动车组安全、可靠和稳定运行的关键系统。网络化列车牵引控制系统实现的是交流异步牵引电机的网络化控制功能，牵引控制系统网络化后对其控制性能的影响和交流异步牵引电机非线性控制问题是需要解决的重要问题。将网络控制系统分析方法和牵引电机解耦控制方法相结合，研究网络化列车牵引控制系统建模和网络化控制策略对实现网络条件下交流异步牵引电机的高性能控制具有重要的理论意义和应用价值。为了解决交流异步牵引电机的非线性问题，实现线性化解耦控制，论文分析、推导并证明了MIMO连续、离散非线性系统及其广义逆系统的可逆条件和逆系统构造方法，为牵引电机线性化解耦的广义逆系统解析实现提供理论依据。在分析牵引电机基于两相静止坐标系下5阶非线性状态空间等效模型可逆性的基础上，通过构造广义逆系统使用解析方法实现了牵引电机多变量输入输出的线性化解耦，并对逆解耦过程中的零动态进行了分析。针对牵引电机精确数学模型参数未知或广义逆系统的解析逆难以求取的情况，利用最小二乘支持向量机对复杂非线性函数的逼近能力，将其与广义逆系统相结合，提出了一种MIMO非线性系统的无状态反馈LS-SVM广义逆系统解耦方法，给出并证明了MIMO非线性系统LS-SVM广义逆系统存在性定理，通过仿真分析，所提出方法较一般的LS-SVM逆系统方法有更好的跟踪效果和精度。在分析基于TCN的列车网络控制系统结构的基础上，通过将列车通信网络引入牵引控制系统，建立了存在不确定网络时延和有限能量未知扰动的网络化列车牵引控制系统离散化模型。结合对网络化列车牵引控制系统的鲁棒控制结构的分析，分别建立了牵引逆变器和网络化列车牵引控制系统仿真模型，对传统控制策略下多变量间解耦控制效果和不确定时延对网络控制系统的影响进行了仿真分析。针对网络化列车牵引控制系统存在不确定网络时延和有限能量的未知扰动的情况提出并证明了一种输出反馈鲁棒H∞保性能网络控制策略。通过建立网络化列车牵引控制系统的鲁棒控制模型并进行仿真分析，结果表明输出反馈鲁棒H∞保性能网络控制策略能较好补偿不确定时延和扰动对牵引控制系统的影响，更好的满足网络环境下牵引电机高性能控制要求。

关键词：牵引控制系统建模广义逆系统线性化解耦网络化控制非线性

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矿用电机车交流牵引控制系统的研究

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煤炭工程 2012年第9期44卷 119-121页

作者：邓永红潘玉民张全柱黄成玉华北科技学院信息与控制技术研究所北京东燕郊101601

为了实现矿用电机车交流传动的高性能控制运行,提高电机车运行的可靠性。文章研究设计了基于16位高速单片微机dsPIC30F6010A[1-3]的矿用电机车交流变频调速牵引控制系统,给出了牵引控制系统的硬件和软件实现方案及电路结构。实验结果表... 详细信息

为了实现矿用电机车交流传动的高性能控制运行,提高电机车运行的可靠性。文章研究设计了基于16位高速单片微机dsPIC30F6010A[1-3]的矿用电机车交流变频调速牵引控制系统,给出了牵引控制系统的硬件和软件实现方案及电路结构。实验结果表明,该牵引控制系统能够满足矿用电机车交流变频调速运行的要求。

关键词：矿用电机车微芯dsPIC30F6010A单片机牵引控制系统

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西门子牵引控制系统在上海轨道交通AC 05型列车上的应用

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城市轨道交通研究 2009年第4期12卷 37-40页

作者：李晓靖上海地铁运营有限公司车辆分公司上海工程师200233

西门子牵引控制是结合磁场控制及定子磁链控制进一步开发而成的。它通过最优磁链跟踪控制,进而实现高动态转矩控制;采用无速度传感器控制,既提高了速度编码信号的分辨率,又保证了牵引控制在不需要任何速度传感器情况下运行。这使得牵引... 详细信息

西门子牵引控制是结合磁场控制及定子磁链控制进一步开发而成的。它通过最优磁链跟踪控制,进而实现高动态转矩控制;采用无速度传感器控制,既提高了速度编码信号的分辨率,又保证了牵引控制在不需要任何速度传感器情况下运行。这使得牵引系统成为可靠的、高动态性能的传动控制方式。

关键词：牵引控制系统变速传动动态转矩控制无速度传感器磁链控制

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玻璃钢抽油杆拉挤机牵引控制系统的研制

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石油机械 2000年第11期28卷 45-46页

作者：罗红福余新兵江汉石油管理局沙市石油钢管厂

玻璃钢抽油杆拉挤机牵引控制系统采取液压驱动 ,由线性位移传感器检测拉拔手的液压缸位置及比例伺服阀反馈的速度信号 ,这些模拟信号经放大后输入PLC中 ,根据PLC的运行程序 ,发出控制拉拔手的信号。控制系统的实际运行结果表明 :( 1)采... 详细信息

玻璃钢抽油杆拉挤机牵引控制系统采取液压驱动 ,由线性位移传感器检测拉拔手的液压缸位置及比例伺服阀反馈的速度信号 ,这些模拟信号经放大后输入PLC中 ,根据PLC的运行程序 ,发出控制拉拔手的信号。控制系统的实际运行结果表明 :( 1)采用PLC实现了玻璃钢抽油杆拉挤机A、B拉拔手的连续交替转换 ,选择间歇拉挤的拉拔手组合灵活、可靠 ;( 2 )采用位移传感器、比例伺服阀、PLC等构成闭环控制 ,精度高 ,易于保证拉拔手运行速度一致 ;( 3)PLC通讯功能完善 ,编程器和触摸屏可通过CPU模块上的通讯口监控和设置各种参数及变量 ,其外围设备的数据通讯单元 (E— 0 2DM、E— 0 3DM)还可提供与其他PLC、IBM—PC机或智能设备的通讯 ;( 4 )所有控制参数均保留在PLC内部寄存器中 ,维修者根据需要更改参数。

关键词：玻璃钢抽油杆拉挤机牵引控制系统 PLC

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轨道交通牵引控制系统国产化研发项目风险管理研究

轨道交通牵引控制系统国产化研发项目风险管理研究

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作者：曹义信南京理工大学

学位级别：硕士

随着中国入世、经济全球一体化、中国城镇化的大背景下,中国国内企业面临的经营环境发生了深刻而巨大的变化。市场壁垒和跨国公司的垄断、竞争剧烈、企业面临前所未有巨大的挑战,通过持续研发新产品,快速提升核心竞争力是企业在竞争中... 详细信息

随着中国入世、经济全球一体化、中国城镇化的大背景下,中国国内企业面临的经营环境发生了深刻而巨大的变化。市场壁垒和跨国公司的垄断、竞争剧烈、企业面临前所未有巨大的挑战,通过持续研发新产品,快速提升核心竞争力是企业在竞争中保持领先优势,寻求突破的重要途径。新产品研发的成败直接影响企业未来的发展和竞争力。机会存在特定的时间内,在此期间只能成功不能失败,否则,错过机会窗,企业可能与机会失之交臂。如何做好研发项目风险管理,减少研发项目过程中的不利因素和不确定性,提高可预见性和成功率,降低风险,产品研发过程中的风险管理日益受到重视,争取更大的成功概率,成为管理人员急需解决的问题。本文结合N公司轨道交通牵引控制系统国产化研发项目,应用项目风险管理的基本理论,并结合该项目研制的实际情况,从牵引控制系统国产化研发过程经历的各个阶段、可能面临的风险、运用项目风险管理的基本理论,重点论述和探讨了轨道交通牵引控制系统国产化研发项目风险的管理整个环节：规划、识别、评估、应对和监控过程。实践和验证风险管理基本理论,把风险管理理论与牵引控制系统国产化实践相结合,期望为提高N公司该项目研发的成功率,以此为切入点,真正提升N公司的核心竞争力,实现战略规划目标,为最终实现进入城轨列车牵引控制系统市场,打破国外垄断,为N公司可持续发展,奠定坚实基础。

关键词：轨道交通牵引控制系统研发项目国产化风险管理

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低速磁悬浮列车牵引控制系统研究

低速磁悬浮列车牵引控制系统研究

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作者：王式雄西南交通大学

学位级别：硕士

磁悬浮列车是一种新型的轨道交通运输工具，它利用电磁吸力或电动斥力将列车悬浮在轨道上方，由直线电机驱动列车运动，与地面无机械接触，不产生摩擦损耗，运行维护简单方便，世界各国对其进行了广泛研究。我国磁悬浮列车技术正处于快... 详细信息

磁悬浮列车是一种新型的轨道交通运输工具，它利用电磁吸力或电动斥力将列车悬浮在轨道上方，由直线电机驱动列车运动，与地面无机械接触，不产生摩擦损耗，运行维护简单方便，世界各国对其进行了广泛研究。我国磁悬浮列车技术正处于快速发展之中，低速磁悬浮列车作为城际轨道交通的优选方案，具有噪音小，施工难度较低等优点。使用直线感应电机驱动磁悬浮列车运动是低速磁悬浮列车的关键技术之一，研究适合于磁悬浮列车的直线感应电机的控制方式和牵引控制系统对于推动我国磁悬浮列车技术的发展和实用化具有现实意义。本文首先分析了用于磁悬浮列车的直线感应电机，建立了引入边缘效应的直线感应电机等效电路模型，在此基础上对恒流驱动下的单边型直线感应电机的气隙磁场数学模型进行三维分析，推导出单边型直线感应电机的推力和法向力的解析表达式。然后阐述了应用单边型直线感应电机驱动的磁悬浮列车的特点和对牵引系统的要求，通过理论分析和对直线感应电机力特性的仿真结果，确定恒电流恒滑差频率控制方式理论上能够实现提供推力的同时避免了法向力的过大波动而造成的对悬浮系统的干扰。由于磁悬浮列车牵引系统是一个动力分散系统，总的牵引力由分布在车体各处的动力单元提供，为了保证功率平衡，牵引控制系统必须协调各动力单元的推力。本文依据以上特点，给出了磁悬浮列车牵引控制系统方案。最后，设计实验对磁悬浮列车牵引控制系统进行检验。实验结果证明采用恒电流恒滑差频率控制方式能够实现直线感应电机的恒推力运行，在实验运行速度下法向力波动不大。牵引控制系统运行正常，能够满足设计要求。

关键词：磁悬浮列车牵引控制系统直线感应电机

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磁浮列车牵引控制系统建模和仿真分析及与运行控制系统通信的研究

磁浮列车牵引控制系统建模和仿真分析及与运行控制系统通信的研究

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作者：刘静浙江大学

学位级别：硕士

上海示范线的成功运营预示着高速磁浮交通系统普及的必然性。高速磁浮列车的超高速运行对其运行控制系统和牵引控制系统提出了很高的要求,牵引供电系统构成、牵引驱动的控制方法以及网络控制方案是值得仔细研究的问题。目前国内对牵引... 详细信息

上海示范线的成功运营预示着高速磁浮交通系统普及的必然性。高速磁浮列车的超高速运行对其运行控制系统和牵引控制系统提出了很高的要求,牵引供电系统构成、牵引驱动的控制方法以及网络控制方案是值得仔细研究的问题。目前国内对牵引控制系统的研究仅仅开始进入建模和实验阶段,该项关键技术一旦突破,将为磁浮列车的安全正点运行提供保证,进一步推动高速磁浮交通系统在我国的推广和应用。本文从这几个问题出发,首先综述了TR08型磁浮列车的运行控制系统及其定位测速技术,详细介绍了牵引控制系统,并对磁浮列车驱动和供电的原理进行了分析,在此基础上选择了转子磁场定向的矢量控制技术和SVPWM技术作为牵引控制系统的控制策略和控制方法。然后用MATLAB/SIMULINK软件建立了牵引控制系统的模型,并给出一条具有代表性的线路模型,仿真结果验证了模型的有效性。接着利用该模型对影响牵引控制性能的各主要因素:励磁电流、电机参数、时延、突发外力等因素进行了仿真分析。其次,在仿真结果的基础上,从能耗最优的角度对线路坡道和进坡速度进行了优化设计。然后讨论了磁浮列车牵引控制系统和运行控制系统的以太网控制方案,并通过实验测量和分析计算验证了该方案的实时性。最后一章对本文内容做了简要的总结,并提出一些本文未能讨论的关键技术及未来的研究方向。

关键词：磁浮列车牵引控制系统运行控制系统通信实时矢量控制 SVPWM

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基于SaCE-ELM的地铁牵引控制系统故障诊断

基于SaCE-ELM的地铁牵引控制系统故障诊断

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作者：岳忠奇大连理工大学

学位级别：硕士

随着城市轨道交通的快速发展,轨道交通的安全运行受到了广泛关注。地铁列车作为城市轨道交通的主要载体,为解决日益严重的交通拥堵做出了极大的贡献。然而,当列车发生故障时不仅影响了列车的正常运行,而且对旅客的安全产生了威胁。因此... 详细信息

随着城市轨道交通的快速发展,轨道交通的安全运行受到了广泛关注。地铁列车作为城市轨道交通的主要载体,为解决日益严重的交通拥堵做出了极大的贡献。然而,当列车发生故障时不仅影响了列车的正常运行,而且对旅客的安全产生了威胁。因此,及时有效地对列车进行故障诊断,是保证轨道交通正常运行的重要环节。针对传统故障诊断方法需要理解设备运行机理、难以获得相关知识、学习速度慢、易陷入局部最优、预测精度较差等缺点,本文提出一种使用自适应差分进化算法进行优化的极限学习机(Strategy adaptive chaos differential evolution-extreme learning machine, SaCE-ELM),即在具有较少隐含层节点的情况下,通过差分进化算法(Differential evolution algorithm, DEA)对极限学习机的输入权重、隐含层参数和输出权重进行优化。不同于标准差分进化算法的人工选择参数和变异策略,本文采用基于混沌序列的自适应机制有效地对差分变异策略进行了自适应选择,而且编码过程较为简单。对SaCE和SaDE在十个标准函数上的对比实验表明,SaCE有效地减少了训练时间并且具有更好的优化效果。与其他算法在UCI公共数据集上进行实验对比得知本文方法(SaCE-ELM)具有更好的分类效果及性能。最后,本文对地铁列车控制系统及牵引控制子系统进行了简要介绍。通过对牵引系统各个模块的功能分析,总结了牵引控制系统相关故障以及与牵引控制单元相关的输入信息。之后,介绍了从离线数据中提取相关故障样本数据的方法,并对所提原始数据进行归一化处理后获得故障样本。将本文提出的SaCE-ELM故障诊断算法应用于地铁牵引系统的故障诊断,实验结果表明本文算法能有效地对地铁牵引系统进行故障诊断。

关键词：故障诊断牵引控制系统牵引控制单元极限学习机差分进化算法

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