本發(fā)明涉及鐵路機(jī)車控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)裝置及方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)目前重載組合列車主要在大秦線上開行，采用的是同步制動(dòng)控制系統(tǒng)。由于其無論列車運(yùn)行在何種軌道環(huán)境下，都是采用一致的制動(dòng)目標(biāo)值對(duì)各機(jī)車進(jìn)行制動(dòng)控制，所以當(dāng)列車運(yùn)行在復(fù)雜地形條件下前后車體所需制動(dòng)力不一致的時(shí)候，使得車體間作用力過大，甚至超出其安全范圍導(dǎo)致脫軌、斷鉤等事故，難以保證制動(dòng)控制性能；同時(shí)由于制動(dòng)指令的傳輸時(shí)延將導(dǎo)致列車編組不宜過長(zhǎng)。

重載運(yùn)輸?shù)闹饕攸c(diǎn)在于列車牽引重量加大，編組加長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)全程直達(dá)運(yùn)輸，使一條鐵路盡可能多的輸送車流，充分發(fā)揮鐵路集中、大宗、長(zhǎng)距離、全天候的運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)，達(dá)到提高鐵路運(yùn)輸能力和效率、多運(yùn)快運(yùn)、降低成本的目的。由于重載運(yùn)輸線路跨度大，所處地形復(fù)雜，坡道較多，傳統(tǒng)的同步制動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)無法很好的滿足列車需求，異步制動(dòng)控制是解決重載運(yùn)輸難題的有效方案。

異步制動(dòng)控制技術(shù)則是結(jié)合車體間的車鉤受力和軌道運(yùn)行狀況等信息再進(jìn)行制動(dòng)控制，可以克服軌道坡度差異較大及制動(dòng)指令延遲的問題。因此，研究重載組合列車機(jī)車異步制動(dòng)控制技術(shù)，不僅可以加快高速、重載組合列車的開行，還對(duì)我國(guó)機(jī)車整體裝備水平和貨物運(yùn)輸能力的提升具有重大的推動(dòng)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是研制一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)裝置，在列車制動(dòng)過程中綜合考慮線路環(huán)境、系統(tǒng)狀況，解決同步制動(dòng)控制模式中由于地形和時(shí)延影響造成的車間作用力過大的問題，從而減小重載組合列車制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)的安全問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，

一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)裝置，包括主控機(jī)車制動(dòng)控制裝置，所述的主控機(jī)車制動(dòng)控制裝置包括主控機(jī)車制動(dòng)模塊、控制模塊、主控機(jī)車工況采集模塊、人機(jī)接口單元和主控機(jī)車數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述的控制模塊分別通信連接主控機(jī)車制動(dòng)模塊、主控機(jī)車工況采集模塊和主控機(jī)車數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述的人機(jī)接口單元與主控機(jī)車工況采集模塊通信連接，還包括從控機(jī)車制動(dòng)控制裝置，所述的從控機(jī)車制動(dòng)控制裝置包括從控機(jī)車制動(dòng)模塊、異步控制模塊、預(yù)測(cè)模塊、從控機(jī)車工況采集模塊和從控機(jī)車數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述的預(yù)測(cè)模塊分別通信連接異步控制模塊、從控機(jī)車工況采集模塊和從控機(jī)車數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述的異步控制模塊通信連接從控機(jī)車制動(dòng)控制裝置，所述的從控機(jī)車數(shù)據(jù)傳輸模塊通信連接至主控機(jī)車數(shù)據(jù)傳輸模塊。

所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)裝置，所述的異步控制模塊包括

用于采集相關(guān)多種開關(guān)量信號(hào)，供CPU模塊進(jìn)行邏輯控制的數(shù)字量輸入模塊；

用于將CPU輸出的數(shù)字控制量轉(zhuǎn)換為可驅(qū)動(dòng)各種電子閥的信號(hào)的數(shù)字量輸出模塊；

用于將電平轉(zhuǎn)為調(diào)制脈寬信號(hào)，用于控制均衡風(fēng)缸和制動(dòng)缸的充氣閥和排氣閥的PWM信號(hào)輸出模塊；

用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入容積室壓力控制器進(jìn)行處理的模擬量輸入模塊；

用于將通訊接口收到的數(shù)字信號(hào)通過CPU處理后，轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)的放大輸出的模擬量輸出模塊；和

用于接收各種模擬量、數(shù)字量，按照程序?qū)Ω鞣N輸入信號(hào)進(jìn)行判斷、計(jì)算，輸出控制指令來完成各種功能的中央處理CPU模塊；

所述的數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、PWM信號(hào)輸出模塊、中央處理CPU模塊、模擬量輸出模塊和模擬量輸入模塊通過CAN總線連接。

一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)方法，采用如權(quán)利要求1-2任一所述的裝置，包括以下步驟：

步驟一，實(shí)時(shí)采集重載組合列車整車的工況信息；

步驟二，主控機(jī)車采集列車制動(dòng)情況，判斷列車運(yùn)行狀態(tài)并結(jié)合自身工況信息，計(jì)算生成適合控制自身運(yùn)行狀態(tài)的控制輸出，同時(shí)生成制動(dòng)指令，并將制動(dòng)指令發(fā)送給其他的從控機(jī)車控制設(shè)備；

步驟三，從控機(jī)車根據(jù)列車工況信息、自身工況信息以及主控機(jī)車的控制指令，判斷是否需要進(jìn)行制動(dòng)，并通過計(jì)算生成適合控制自身運(yùn)行狀態(tài)的控制輸出，反饋給主控機(jī)車的控制設(shè)備。

所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制的載組合列車異步制動(dòng)方法，所述的步驟一中，工況信息包括：組合列車長(zhǎng)度、組合列車編組方式、軌道坡度信號(hào)、軌道曲率半徑、機(jī)車速度信號(hào)、負(fù)載信號(hào)、手柄位信號(hào)。

所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)方法，所述的步驟二中，所述機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)包括：制動(dòng)、降速、啟動(dòng)、加速。

所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)方法，所述的步驟三中，采用基于滿意度的T-S模型進(jìn)行判斷及計(jì)算，所述的T-S模型根據(jù)列車運(yùn)行的歷史信息和控制輸入預(yù)測(cè)未來輸出，根據(jù)未來輸出與列車參考軌跡的偏差構(gòu)造最優(yōu)性能指標(biāo)并求解產(chǎn)生新的控制輸入。

所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)方法，從T-S建模中得到的受控對(duì)象模型用下列離散差分方程來描述：

A(z^-1)y(k)＝B(z^-1)u(k-d)+C(z^-1)ξ(k)/Δ

其中y(k)和u(k)分別表示系統(tǒng)的輸入和輸出，d是模型預(yù)測(cè)控制的預(yù)測(cè)步長(zhǎng)；Δ＝1-s^-1表示差分算子；ξ(k)表示系統(tǒng)隨機(jī)干擾噪聲；A(z^-1)、B(z^-1)和C(z^-1)為由最小二乘擬合得到的后移算子s^-1的多項(xiàng)式矩陣；

參考軌跡為從t采樣時(shí)刻開始的未來k個(gè)采樣時(shí)刻值，用從當(dāng)前時(shí)刻實(shí)際輸出值y(k)為起始的一階指數(shù)變化形式來描述：

y_r(k+i)＝y(tǒng)(k)+[s-y(k)](1-e^-iT/τ)(i＝1,2,…)

其中，T為采樣周期，s是參考軌跡的初始值，y_r(k)是參考軌跡的輸出值，τ為參考軌跡的時(shí)間常數(shù)，e^-T/τ為柔化系數(shù)；

使用Diophantine方程得到第j步后輸出y(k+j)的最優(yōu)預(yù)測(cè)值：

y(k+j)＝G_jΔu(k+j-1)+Ax(k)+F_jy(k)+H_jΔu(k-1)+E_jω(k+j)

其中預(yù)測(cè)模型的控制向量Δu(k+j-1)，Δu(k-1)為機(jī)車制動(dòng)裝置施加的制動(dòng)力，狀態(tài)向量x(k)包括如下信息：機(jī)車的前后車鉤受力序列、列車運(yùn)行速度序列、列車質(zhì)量、軌道的坡度序列、曲率半徑序列，輸出y(k+j)為列車在未來時(shí)刻的位置和速度，其中k為離散化時(shí)間序列；G_j、F_j、H_j、E_j為Diophantine方程系數(shù)，ω(k+j)為白噪聲；

k時(shí)刻的優(yōu)化性能指標(biāo)取含有系統(tǒng)輸出對(duì)期望值誤差，以及控制增量加權(quán)值的二次型目標(biāo)函數(shù)的最小值minJ(k)：

$\min J\left(k\right)=E\{\underset{i=1}{\overset{p}{\Σ}}{q}_i{\[y(k+i)-y_r(k+i)\]}^2+\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}{r}_j{\[\mathrm{\Δ}u(k+j-1)\]}^2\}$

其中，E表示求期望值，q_i，r_j是二次型系數(shù)；

采用梯度法對(duì)上式優(yōu)化指標(biāo)進(jìn)行求解，得到最優(yōu)控制序列為：

ΔU(k)＝(G^TQG+R)^-1G^TQ[y_r(k)-HΔu(k)-Fy(k)]

ΔU(k)為求解的最優(yōu)控制系列，G，H，F(xiàn)為Diophantine方程系數(shù)矩陣，Q和R是二次型系數(shù)矩陣；

通過重載組合列車縱向動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到與車輛當(dāng)前運(yùn)行狀況相匹配的制動(dòng)力參考曲線，即參考軌跡，然后結(jié)合給定的制動(dòng)力值，計(jì)算得到參考軌跡值；最后利用反饋校正得到的修正值與參考軌跡進(jìn)行比較，并進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，得到控制量輸出。

所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)方法，反饋校正值y_p(k)由模型預(yù)測(cè)值y_m(k)和誤差值e(k)的加權(quán)ω決定：

y_p(k+i)＝y(tǒng)_m(k+i)+ωe(k)(i＝1,2,…)

其中e(k)由k時(shí)刻包括不可測(cè)定的外界干擾ξ(k)在內(nèi)的實(shí)際輸出y(k)和預(yù)測(cè)模型輸出y_m(k)，以及高速電空開關(guān)閥的死區(qū)時(shí)間誤差構(gòu)成。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于，在重載組合列車中引入了一種協(xié)調(diào)控制機(jī)制，在確保主控機(jī)車制動(dòng)的情況下，從控機(jī)車能根據(jù)自身實(shí)際情況進(jìn)行獨(dú)立制動(dòng)控制，消除列車在各種地形條件下動(dòng)力需求不一致引起的安全問題。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為異步制動(dòng)裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；

圖3為PC104外圍接口框圖；

圖4為模擬量輸入模塊框圖；

圖5為A/D轉(zhuǎn)換硬件電路圖；

圖6為模擬量輸出模塊框圖；

圖7為D/A轉(zhuǎn)換硬件電路圖；

圖8為數(shù)字量輸入電路圖；

圖9為數(shù)字量輸出電路圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的異步制動(dòng)控制裝置，其控制策略如下：

1、采用車體柵欄思想對(duì)參考軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，解決主從控機(jī)車制動(dòng)力需求不一致問題；

2、利用基于滿意度的T-S建模方法進(jìn)行預(yù)測(cè)模型；

3、結(jié)合廣義預(yù)測(cè)控制的方法實(shí)現(xiàn)異步制動(dòng)。

本發(fā)明的異步制動(dòng)控制裝置，采用PWM控制技術(shù)和閉環(huán)控制思想，包括數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、PWM信號(hào)輸出模塊、中央處理CPU模塊、模擬量輸出模塊和模擬量輸入模塊六部分。其中，所述的各個(gè)模塊通過CAN總線連接。

數(shù)字量輸入模塊用于將110V開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平送入CPU模塊進(jìn)行處理，開關(guān)量主要是大小閘的位置、司機(jī)控制臺(tái)按鍵以及中繼接口模塊輸入等；

數(shù)字量輸出模塊用于將TTL電平轉(zhuǎn)換為110V開關(guān)量信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種電子閥的開閉，包括中繼模塊輸出以及EP控制切換閥等。；

模擬量信號(hào)輸入處理模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入容積室壓力控制器進(jìn)行處理。模擬量信號(hào)主要是均衡風(fēng)缸和制動(dòng)缸EP控制部分通過壓力傳感器輸出的連續(xù)4～20mA電流信號(hào)，這些電流信號(hào)代表風(fēng)缸的壓力值，還有其他風(fēng)缸壓力傳感器的電流信號(hào)以及流量計(jì)的電流信號(hào)；

模擬量信號(hào)輸出處理模塊用于將通訊接口收到的數(shù)字信號(hào)通過CPU處理后，轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)的放大輸出；

PWM信號(hào)輸出模塊將TTL電平轉(zhuǎn)為24V開關(guān)量信號(hào)，用于控制均衡風(fēng)缸和制動(dòng)缸的充氣閥和排氣閥，當(dāng)充氣閥得電時(shí)，風(fēng)缸充氣，當(dāng)放氣閥得電時(shí)，風(fēng)缸放氣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)均衡風(fēng)缸和制動(dòng)缸壓力的控制；

中央處理CPU模塊是制動(dòng)控制單元的中央處理單元，它接收各種模擬量、數(shù)字量，按照程序?qū)Ω鞣N輸入信號(hào)進(jìn)行判斷、計(jì)算，輸出控制指令來完成控制、自檢、故障診斷等功能。CPU選用PC/104控制模塊，操作系統(tǒng)選用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)QNX，編程軟件選用ISAGRAF。

參見圖1，基于模型預(yù)測(cè)控制的重載組合列車異步制動(dòng)控制總體結(jié)構(gòu)框圖。異步制動(dòng)的控制輸出由參考軌跡預(yù)測(cè)，滾動(dòng)優(yōu)化以及基于滿意度的T-S模型反饋校正得出。本裝置擬用車體柵欄思想，根據(jù)機(jī)車位置以及地形條件將列車分為數(shù)個(gè)柵欄，通過對(duì)多個(gè)柵欄的參考軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)得到最優(yōu)參考軌跡；T-S模型將輸入變量空間劃分為c個(gè)模糊子空間,即規(guī)則包含c條規(guī)則，對(duì)于每一個(gè)模糊子空間，系統(tǒng)的局部模型可用一個(gè)線性方程來描述，而系統(tǒng)的總輸出則為各局部線形模型輸出加權(quán)和，從而得到一個(gè)預(yù)測(cè)模型結(jié)構(gòu),在實(shí)際的控制過程中將最小二乘中遺忘因子λ設(shè)計(jì)為一個(gè)可調(diào)的參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的滿意度在線調(diào)節(jié)λ的值，使辨識(shí)的模型能夠更加快速、穩(wěn)定的逼近實(shí)際工況。

重載組合列車異步制動(dòng)裝置的其參考軌跡為從t采樣時(shí)刻開始的未來k個(gè)采樣時(shí)刻值，用從當(dāng)前時(shí)刻實(shí)際輸出值y(k)為起始的一階指數(shù)變化形式來描述：

y_r(k+i)＝y(tǒng)(k)+[s-y(k)](1-e^-iT/τ)(i＝1,2,…) (1)

其中：T為采樣周期，s是參考軌跡的初始值，y_r(k)是參考軌跡的輸出值，τ為參考軌跡的時(shí)間常數(shù)。e^-T/τ為柔化系數(shù)。從T-S建模中得到的受控對(duì)象模型用下列離散差分方程來描述：

A(z^-1)y(k)＝B(z^-1)u(k-d)+C(z^-1)ξ(k)/Δ (2)

其中y(k)和u(k)分別表示系統(tǒng)的輸入和輸出；d是模型預(yù)測(cè)控制的預(yù)測(cè)步長(zhǎng)；Δ＝1-s^-1表示差分算子；ξ(k)表示系統(tǒng)隨機(jī)干擾噪聲；A(z^-1)、B(z^-1)和C(z^-1)為由最小二乘擬合得到的后移算子s^-1的多項(xiàng)式矩陣。再使用Diophantine方程得到第j步后輸出y(k+j)的最優(yōu)預(yù)測(cè)值：

y(k+j)＝G_jΔu(k+j-1)+F_jy(k)+H_jΔu(k-1)+E_jω(k+j) (3)

機(jī)車采用基于滿意度的T-S模型進(jìn)行預(yù)測(cè)控制，其模型根據(jù)列車運(yùn)行的歷史信息和控制輸入預(yù)測(cè)未來輸出，根據(jù)未來輸出與列車參考軌跡的偏差產(chǎn)生新的控制輸入。預(yù)測(cè)模型的控制向量△u(k+j-1)，△u(k-1)為機(jī)車制動(dòng)裝置施加的制動(dòng)力，狀態(tài)向量x(k)包括如下信息：機(jī)車的前后車鉤受力序列、列車運(yùn)行速度序列、列車質(zhì)量、軌道的坡度序列、曲率半徑序列，輸出y(k+j)為列車在未來時(shí)刻的位置和速度，其中k為離散化時(shí)間序列。式中G_j、F_j、H_j、E_j為Diophantine方程系數(shù)。ω(k+j)為白噪聲。

k時(shí)刻的優(yōu)化性能指標(biāo)取含有系統(tǒng)輸出對(duì)期望值誤差，以及控制增量加權(quán)值的二次型目標(biāo)函數(shù)的最小值：

$\min J\left(k\right)=E\{\underset{i=1}{\overset{p}{\Σ}}{q}_i{\[y(k+i)-y_d(k+i)\]}^2+\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}{r}_j{\[\mathrm{\Δ}u(k+j-1)\]}^2\}---\left(4\right)$

其中，E表示求期望值，q_i，r_j是二次型系數(shù)。

再采用梯度法對(duì)權(quán)力要求10的優(yōu)化指標(biāo)進(jìn)行求解，得到最優(yōu)控制序列為：

ΔU(k)＝(G^TQG+R)^-1G^TQ[Y_d(K)-HΔu(k)-Fy(k)] (5)

ΔU(k)為求解的最優(yōu)控制系列，G，H，F(xiàn)為Diophantine方程系數(shù)矩陣，Q和R是二次型系數(shù)矩陣。

模型預(yù)測(cè)控制的反饋校正值y_p(k)由模型預(yù)測(cè)值y_m(k)和誤差值e(k)的加權(quán)ω決定：

y_p(k+1)＝y(tǒng)_m(k+1)+ωe(k)(i＝1,2,…) (6)

其中e(k)可由k時(shí)刻包括不可測(cè)定的外界干擾ξ(k)在內(nèi)的實(shí)際輸出y(k)和預(yù)測(cè)模型輸出y_m(k)，以及高速電空開關(guān)閥的死區(qū)時(shí)間誤差構(gòu)成。

參見圖2，本發(fā)明的異步制動(dòng)控制裝置，采用PWM控制技術(shù)和閉環(huán)控制思想，包括數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、PWM信號(hào)輸出模塊、中央處理CPU模塊、模擬量輸出模塊和模擬量輸入模塊六部分。其中，所述的各個(gè)模塊通過CAN總線連接。

參見圖3，CPU模塊用于根據(jù)司機(jī)控制室的控制信息以及制動(dòng)系統(tǒng)自身的狀態(tài)信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算以及與其它設(shè)備之間的通信。在本裝置中，CPU選用PC/104控制模塊。CPU模塊的設(shè)計(jì)主要是對(duì)PC/104與各種外圍器件的接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。通信接口主要是擴(kuò)展CAN總線，完成和內(nèi)部模塊以及外部操縱控制單元之間的通信，由于需要控制邏輯轉(zhuǎn)換，所以擴(kuò)展一片CPLD用來譯碼。LED顯示主要用來顯示一些系統(tǒng)狀態(tài)信息，如自檢發(fā)現(xiàn)的故障信息等，LED顯示是通過一片8255擴(kuò)展，數(shù)碼管為共陰極的，8255的PA、PB、PC分別接了一個(gè)數(shù)碼管。

參見圖4，模擬量輸入一共有16路，用于輸入各種模擬量(如壓力、電流、電壓等)，包括司機(jī)大、小閘發(fā)來的指令。為了能使計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別，從傳感器傳過來的模擬量需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。從傳感器來的12路4～20mA電流，經(jīng)過電流轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為0～5V電壓。4路0～10V電壓信號(hào)經(jīng)過OP37轉(zhuǎn)換為0～5V電壓。由于機(jī)車上電磁環(huán)境復(fù)雜，會(huì)對(duì)模擬輸入信號(hào)產(chǎn)生干擾，因此模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換器之前還必須進(jìn)行濾波消除干擾。濾波器可以是無源的也可以是有源的，在本系統(tǒng)中采用二階RC濾波，實(shí)驗(yàn)證明該方法是切實(shí)有效的。濾波后就進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)機(jī)車制動(dòng)控制要求比較精確，所以保證采樣分辨率至少要有10位。為了盡大可能的滿足精度要求，本文采用16位的A/D芯片ADS8344。單片機(jī)的P1口控制信號(hào)經(jīng)過光耦6N136后，控制ADS8344進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，模擬量從AIN0～AIN7輸入，具體硬件電路如圖5所示。

參見圖6，模擬量輸出通道一共有14路，它不僅和模擬量輸入板一起完成容積室的壓力控制，還和其它單元配合完成其它功能，和其余模塊交換數(shù)據(jù)時(shí)使用CAN總線。14路數(shù)字量經(jīng)過光耦隔離后，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再分別通過XTR110和OP37專為驅(qū)動(dòng)外部模擬控制對(duì)象的4～20mA電流和0～10V電壓。模擬輸出采用的D/A芯片為TLV5614，單片機(jī)P1口控制信號(hào)經(jīng)過光耦控制D/A轉(zhuǎn)換，硬件電路如圖7所示

參見圖8，數(shù)字量輸入為64路，每個(gè)輸入通道檢測(cè)系統(tǒng)中的110V開關(guān)量信號(hào)后，經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)降壓、穩(wěn)壓管限幅、電容濾波、光電隔離、施密特觸發(fā)器后將信號(hào)送給CPU進(jìn)行處理。

參見圖9，數(shù)字量輸出為32路，輸出通道中，CPU接收背板總線信號(hào)，處理輸出某一個(gè)通道的開關(guān)信號(hào)，由于CPU輸出信號(hào)為TTL電平，負(fù)載能力較低，為了與制動(dòng)控制單元外部的110V直流工作系統(tǒng)相連接，并具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，所以采用MOSFET作為功率放大元件，并利用CPU發(fā)出高頻調(diào)制控制信號(hào)通過脈沖隔離變壓器耦合控制MOSFET通斷，輸出額定電流為0.9A/110V。輸出具有短路保功能，短路保護(hù)整定值為6A。MOSFET保護(hù)電路可以迅速關(guān)斷出現(xiàn)問題的MOSFET。

根據(jù)制動(dòng)控制單元的總體結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求，成功研制異步制動(dòng)控制單元。然后參照同步制動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)要求，對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn)。結(jié)果顯示，本發(fā)明的制動(dòng)控制單元，在控制精度上符合同步制動(dòng)技術(shù)要求的性能指標(biāo)(制動(dòng)控制單元對(duì)氣體壓力的控制穩(wěn)定時(shí)誤差應(yīng)該控制在[-0.5Kp+0.5Kp]，允許超調(diào)，但是超調(diào)必須控制在1.5Kp之內(nèi))，即可以滿足作為異步制動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)列車管壓力精確控制的需求。