專利名稱：地鐵列車主回路綜合測(cè)試可視化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)試的可視化方法，具體是一種對(duì)地鐵列車主回路進(jìn)行綜合測(cè)試的可視化方法。
背景技術(shù)：
作為城市軌道交通的地鐵和輕軌在我國(guó)正處在發(fā)展階段，建設(shè)任務(wù)十分繁重，為推動(dòng)我國(guó)城市地鐵與輕軌交通事業(yè)的發(fā)展尚有諸多高新技術(shù)等待解決。自從上海從德國(guó)引進(jìn)地鐵列車及其控制技術(shù)后，地鐵與輕軌列車牽引新技術(shù)在我國(guó)即出現(xiàn)了全新的跨越式發(fā)展，構(gòu)成地鐵與輕軌列車牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)際上就是以斬波器為關(guān)鍵部件的主回路技術(shù)。對(duì)主回路綜合性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)是地鐵列車安全運(yùn)行的重要條件之一。
對(duì)于電子線路的性能與故障測(cè)試，主要采用可測(cè)試性系統(tǒng)構(gòu)建法和故障模擬測(cè)試生成法。然而，前者僅使用于待設(shè)計(jì)的功能器件或模塊，后者對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)其適用局限性很大，原因有三1、受元器件參數(shù)離散性、老化、非線性和環(huán)境干擾等因素的影響，理論上很難建立故障模擬數(shù)學(xué)模型；2、激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)的無限性會(huì)造成測(cè)試生成的復(fù)雜性大為增加；3、大量測(cè)試數(shù)據(jù)的采集存在不可測(cè)試的可能而不能實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)于電力電子器件構(gòu)成的斬波器主電路必然要尋找一種全新的技術(shù)方法，特別是作為地鐵和輕軌列車牽引系統(tǒng)關(guān)鍵部件的斬波器主回路。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，尹仕任撰寫的“直流斬波電路故障診斷專家系統(tǒng)應(yīng)用研究”(《控制理論與應(yīng)用》1997年第四期)對(duì)直流斬波電路故障診斷提出了一種專家系統(tǒng)方案及其理論依據(jù)和實(shí)際應(yīng)用方法，文章將知識(shí)庫設(shè)計(jì)為多元故障樹、診斷數(shù)據(jù)來源于對(duì)象的測(cè)試和推理、依據(jù)特征向量實(shí)現(xiàn)故障的定位的方法。但是該項(xiàng)研究沒有對(duì)直流斬波電路的非故障特性做任何研究，更沒有提供針對(duì)地鐵和輕軌列車牽引系統(tǒng)直流斬波電路特性測(cè)試與推理技術(shù)的解決方案。在進(jìn)一步的檢索中，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明主題相同或者類似文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上海地鐵運(yùn)營(yíng)公司引進(jìn)的德國(guó)DC-01型電客列車直流斬波電路的技術(shù)特點(diǎn)和工作特性，提供一種地鐵列車主回路綜合測(cè)試可視化方法，使其可以對(duì)斬波器在模擬地鐵車輛的牽引、惰行、制動(dòng)與緊急制動(dòng)等運(yùn)行工況下的輸出波形與特征值進(jìn)行測(cè)量和記錄，進(jìn)而對(duì)斬波器的性能做出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)整個(gè)主回路系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)試，并實(shí)現(xiàn)在多媒體環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸和顯示。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明通過雙高速數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成多通道串并行數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集，控制單元根據(jù)斬波器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及列車運(yùn)行控制策略將信號(hào)序列由控制解釋空間映射成控制表示空間梳理出模擬和數(shù)字兩類序列信號(hào)分別輸出至模擬調(diào)理模塊和數(shù)字調(diào)理模塊，兩類調(diào)理模塊依據(jù)列車運(yùn)行控制策略將梳理出的兩類信號(hào)序列映射成控制表示空間的多維控制矩陣反饋至高速數(shù)據(jù)采集器，主控計(jì)算機(jī)接收到調(diào)理信號(hào)后，利用數(shù)學(xué)模型仿真出斬波器在拖動(dòng)相應(yīng)負(fù)載下的輸出特性，通過性能分析和故障推理算法對(duì)斬波器做出綜合評(píng)價(jià)。
以下通過步驟對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步的限定(1)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過數(shù)學(xué)建模的方法仿真地鐵列車的牽引、惰行、制動(dòng)與緊急制動(dòng)等運(yùn)行工況，并通過顯示器以多媒體仿真/模擬的方式顯示出實(shí)際系統(tǒng)中駕駛控制手柄和各種部件運(yùn)行狀態(tài)及其檢測(cè)傳感器檢出信號(hào)；(2)當(dāng)被選定的某種運(yùn)行工況輸至高速數(shù)據(jù)采集卡時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)其中的工況參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理加工分別通過模擬和數(shù)字通道輸至模擬和數(shù)字功率放大模塊；(3)模擬功率放大模塊向控制單元TCU輸出控制手柄和各傳感器的模擬信號(hào)，數(shù)字功率放大模塊向控制單元TCU輸出各種監(jiān)控及其應(yīng)答信號(hào)；(4)控制單元TCU在收到上述功率模塊向其輸入的模擬和數(shù)字信號(hào)后，綜合處觸發(fā)脈沖序列輸出至斬波器；(5)斬波器在觸發(fā)脈沖的作用下所形成的工作狀態(tài)立即被檢測(cè)器件將狀態(tài)參數(shù)反饋輸至控制單元TCU；(6)控制單元TCU根據(jù)斬波器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)梳理出模擬和數(shù)字兩類序列信號(hào)分別輸出至模擬和數(shù)字調(diào)理模塊；
(7)兩類調(diào)理模塊將調(diào)理過的信號(hào)回輸至高速數(shù)據(jù)采集卡；(8)通過高速數(shù)據(jù)采集卡的輸出通道通過PCI總線輸出至工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；(9)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)接收到調(diào)理信號(hào)后，即刻利用事先得數(shù)學(xué)模型仿真出斬波器在拖動(dòng)相應(yīng)負(fù)載下的輸出特性，通過性能分析和故障推理算法對(duì)斬波器做出綜合評(píng)價(jià)，并以數(shù)據(jù)、曲線、聲音和圖像等多媒體形式逼真地顯示出牽引系統(tǒng)的工作效果。
本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集器的多通道串并行構(gòu)造、對(duì)地鐵列車主回路實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的全模擬/仿真、控制解釋與表示空間的映射和轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了對(duì)地鐵列車由主控制器、中心邏輯單元、基準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換器、控制單元TCU、斬波器及負(fù)載所組成的實(shí)際牽引系統(tǒng)的模擬和仿真，在仿真地鐵列車的牽引、惰行、制動(dòng)與緊急制動(dòng)等運(yùn)行工況下完全獲得列車牽引系統(tǒng)中控制單元與斬波器之間真實(shí)的邏輯關(guān)系，因此可以通過上述可視化綜合測(cè)試系統(tǒng)真實(shí)地反映出被檢測(cè)斬波器的靜/動(dòng)態(tài)工作特性，并可以在主控計(jì)算機(jī)顯示器上直接顯示出對(duì)被測(cè)斬波器分析和評(píng)價(jià)結(jié)論，因此為地鐵運(yùn)營(yíng)公司的維修和運(yùn)行安全部門提供對(duì)關(guān)鍵部件斬波器的性能評(píng)價(jià)和運(yùn)行安全預(yù)估的決策依據(jù)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供以下實(shí)施例(1)通過數(shù)學(xué)模型仿真地鐵列車的牽引、惰行、制動(dòng)與緊急制動(dòng)運(yùn)行工況，并通過顯示器以多媒體仿真/模擬的方式顯示出實(shí)際系統(tǒng)中駕駛控制手柄和各種部件運(yùn)行狀態(tài)及其檢測(cè)傳感器檢出信號(hào)；(2)當(dāng)某種運(yùn)行工況被選定后，高速數(shù)據(jù)采集器對(duì)工況參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理并分別通過模擬和數(shù)字通道輸至模擬功率放大與數(shù)字功率放大兩個(gè)模塊；(3)模擬功率放大與數(shù)字功率放大兩個(gè)模塊分別向控制單元TCU輸出控制手柄和監(jiān)控及其應(yīng)答信號(hào)；(4)控制單元在綜合處理觸發(fā)脈沖序列，按照全仿真關(guān)系矩陣輸出至斬波器；(5)斬波器在觸發(fā)脈沖的作用下所形成的工作狀態(tài)立即被檢測(cè)器件將狀態(tài)參數(shù)反饋輸至控制單元；(6)控制單元根據(jù)斬波器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)梳理出模擬和數(shù)字兩類序列并映射成控制表示空間信號(hào)分別輸出至模擬和數(shù)字調(diào)理兩大模塊；
(7)兩類調(diào)理模塊依據(jù)列車運(yùn)行控制策略將信號(hào)序列構(gòu)筑多維控制矩陣反饋至高速數(shù)據(jù)采集器；(8)通過高速數(shù)據(jù)采集器與主控計(jì)算機(jī)的交互，主控計(jì)算機(jī)即刻利用事先的數(shù)學(xué)模型仿真出斬波器在拖動(dòng)相應(yīng)負(fù)載下的輸出特性，通過性能分析和故障推理算法對(duì)斬波器做出綜合評(píng)價(jià)，并以數(shù)據(jù)、曲線、聲音和圖像形式逼真地顯示出牽引系統(tǒng)的工作效果。
以下結(jié)合本發(fā)明以德國(guó)DC-01型電客列車方法的工況為對(duì)象，進(jìn)一步描述其實(shí)施效果工況一以1/4牽引力牽引，從零速牽引至60km/h，惰行一段時(shí)間，以1/4制動(dòng)至速度為0工況二以1/2牽引力牽引，從零速牽引至60km/h，惰行一段時(shí)間，以1/2制動(dòng)至速度為0工況三以全牽引力牽引，從零速牽引至60km/h，惰行一段時(shí)間，以全制動(dòng)至速度為0工況四以全牽引力牽引，從零速牽引至80km/h，惰行一段時(shí)間，緊急制動(dòng)通過本發(fā)明的測(cè)試不僅獲得被測(cè)斬波器在四種工況條件下的全特性參數(shù)和相關(guān)曲線，同時(shí)通過推理算法獲得對(duì)被測(cè)對(duì)象的正確評(píng)價(jià)，并以多媒體形式實(shí)現(xiàn)了各模塊工作狀態(tài)靜/動(dòng)態(tài)的可視化技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種地鐵列車主回路綜合測(cè)試可視化方法，其特征在于，通過雙高速數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成多通道串并行數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集，控制單元根據(jù)斬波器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及列車運(yùn)行控制策略將信號(hào)序列由控制解釋空間映射成控制表示空間梳理出模擬和數(shù)字兩類序列信號(hào)分別輸出至模擬調(diào)理模塊和數(shù)字調(diào)理模塊，兩類調(diào)理模塊依據(jù)列車運(yùn)行控制策略將梳理出的兩類信號(hào)序列映射成控制表示空間的多維控制矩陣反饋至高速數(shù)據(jù)采集器，主控計(jì)算機(jī)接收到調(diào)理信號(hào)后，利用數(shù)學(xué)模型仿真出斬波器在拖動(dòng)相應(yīng)負(fù)載下的輸出特性，通過性能分析和故障推理算法對(duì)斬波器做出綜合評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵列車主回路綜合測(cè)試可視化方法，其特征是，以下通過步驟對(duì)其進(jìn)一步限定(1)通過數(shù)學(xué)模型仿真地鐵列車的牽引、惰行、制動(dòng)與緊急制動(dòng)運(yùn)行工況，并通過顯示器以多媒體仿真/模擬的方式顯示出實(shí)際系統(tǒng)中駕駛控制手柄和各種部件運(yùn)行狀態(tài)及其檢測(cè)傳感器檢出信號(hào)；(2)當(dāng)某種運(yùn)行工況被選定后，高速數(shù)據(jù)采集器對(duì)工況參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理并分別通過模擬和數(shù)字通道輸至模擬功率放大與數(shù)字功率放大兩個(gè)模塊；(3)模擬功率放大與數(shù)字功率放大兩個(gè)模塊分別向控制單元TCU輸出控制手柄和監(jiān)控及其應(yīng)答信號(hào)；(4)控制單元在綜合處理觸發(fā)脈沖序列，按照全仿真關(guān)系矩陣輸出至斬波器；(5)斬波器在觸發(fā)脈沖的作用下所形成的工作狀態(tài)立即被檢測(cè)器件將狀態(tài)參數(shù)反饋輸至控制單元；(6)控制單元根據(jù)斬波器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)梳理出模擬和數(shù)字兩類序列并映射成控制表示空間信號(hào)分別輸出至模擬和數(shù)字調(diào)理兩大模塊；(7)兩類調(diào)理模塊依據(jù)列車運(yùn)行控制策略將信號(hào)序列構(gòu)筑多維控制矩陣反饋至高速數(shù)據(jù)采集器；(8)通過高速數(shù)據(jù)采集器與主控計(jì)算機(jī)的交互，主控計(jì)算機(jī)即刻利用事先的數(shù)學(xué)模型仿真出斬波器在拖動(dòng)相應(yīng)負(fù)載下的輸出特性，通過性能分析和故障推理算法對(duì)斬波器做出綜合評(píng)價(jià)，并以數(shù)據(jù)、曲線、聲音和圖像形式逼真地顯示出牽引系統(tǒng)的工作效果。
全文摘要
一種用于電力電子與電力傳動(dòng)金屬領(lǐng)域的地鐵列車主回路綜合測(cè)試可視化方法，通過雙高速數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成多通道串并行數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集，控制單元根據(jù)斬波器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及列車運(yùn)行控制策略將信號(hào)序列由控制解釋空間映射成控制表示空間梳理出模擬和數(shù)字兩類序列信號(hào)分別輸出至模擬調(diào)理模塊和數(shù)字調(diào)理模塊，兩類調(diào)理模塊依據(jù)列車運(yùn)行控制策略將梳理出的兩類信號(hào)序列映射成控制表示空間的多維控制矩陣反饋至高速數(shù)據(jù)采集器，主控計(jì)算機(jī)接收到調(diào)理信號(hào)后，利用數(shù)學(xué)模型仿真出斬波器在拖動(dòng)相應(yīng)負(fù)載下的輸出特性，通過性能分析和故障推理算法對(duì)斬波器做出綜合評(píng)價(jià)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)斬波器的分析和評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)B60L3/00GK1586946SQ20041006621
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者吳浩, 張秀彬, 陳鞍龍, 杜曉紅, 張峰, 顏華敏, 周炯, 李宇濤 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)