軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)和設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)和設(shè)計方法，包括數(shù)據(jù)庫模塊，用于存儲在設(shè)計過程中確定的牽引系統(tǒng)各個部件的電氣容量、性能參數(shù)；部件功能模型庫模塊，用于存儲和加載牽引系統(tǒng)主要部件的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型；結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊，在輔助設(shè)計系統(tǒng)中錄入車輛運行的指標要求，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)車輛運行指標要求加載牽引系統(tǒng)各個部件的穩(wěn)態(tài)模型，計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)并存入數(shù)據(jù)庫模塊，設(shè)計人員根據(jù)各個部件的電氣容量和性能參數(shù)設(shè)計出牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠使設(shè)計人員在設(shè)計過程中，隨時掌握所設(shè)計的牽引系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，可以有效的指導設(shè)計人員的工作，使設(shè)計人員設(shè)計出更好的方案。
【專利說明】軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)和設(shè)計方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輔助設(shè)計系統(tǒng)和設(shè)計方法，特別涉及一種軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)和設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為適應(yīng)用戶市場的多元化需求，要求高速軌道車輛牽引系統(tǒng)的設(shè)計能夠及時滿足列車性能的變化，因此新的設(shè)計方案需要考慮系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。在實際設(shè)計過程中，難以及時獲悉牽引系統(tǒng)關(guān)鍵部件的溫升、轉(zhuǎn)矩脈動等動態(tài)性能，制約了設(shè)計人員提出更好的設(shè)計方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要目的在于解決上述問題和不足，提供一種能夠為設(shè)計人員提供牽引系統(tǒng)各個部件穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，輔助設(shè)計人員完成更好的設(shè)計方案的軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的另一個主要目的在于提供一種軌道車輛牽引系統(tǒng)的設(shè)計方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫模塊，用于存儲在設(shè)計過程中確定的牽引系統(tǒng)各個部件的電氣容量、性能參數(shù)；部件功能模型庫模塊，用于存儲和加載牽引系統(tǒng)主要部件的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型；結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊，用于人機交互，在所述輔助設(shè)計系統(tǒng)中錄入車輛運行的指標要求，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)車輛運行指標要求加載牽引系統(tǒng)各個部件的穩(wěn)態(tài)模型，計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)并存入數(shù)據(jù)庫模塊，設(shè)計人員根據(jù)各個部件的電氣容量和性能參數(shù)設(shè)計出牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)。
[0007]進一步，在結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊錄入牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，所述輔助設(shè)計系統(tǒng)自動識別所述拓撲結(jié)構(gòu)，所述輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)所述拓撲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫模塊內(nèi)所確定的各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，加載各個部件的動態(tài)模型，對各個部件進行動態(tài)仿真，確定各個部件的電氣性能變化。
[0008]進一步，還包括算法庫模塊，用于存儲牽引系統(tǒng)主要部件的主要控制策略，當所述輔助設(shè)計系統(tǒng)加載各個部件的動態(tài)模型時，設(shè)計人員在算法庫模塊中選擇一種控制策略，所述輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)該控制策略對牽引系統(tǒng)的主要部件進行仿真計算。
[0009]進一步，主要部件為整流器和逆變器。 [0010]進一步，結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊為圖形化編輯模塊，在所述輔助設(shè)計系統(tǒng)的輸入界面以各個部件的圖標完成各個部件以及牽引系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的編輯錄入。
[0011]本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是:
[0012]一種應(yīng)用上述的輔助設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計方法，包括如下步驟:
[0013]步驟1，在所述輔助設(shè)計系統(tǒng)中錄入車輛運行的指標要求；
[0014]步驟2，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)所述車輛運行的指標要求，加載牽引系統(tǒng)各個部件的穩(wěn)態(tài)模型，計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)；
[0015]步驟3，設(shè)計人員依據(jù)計算出的各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，設(shè)計牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)。
[0016]進一步，在所述步驟2中，輔助設(shè)計系統(tǒng)將計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，編號后存入數(shù)據(jù)庫模塊。
[0017]進一步，在所述步驟3后增加一個步驟，設(shè)計人員將設(shè)計好的牽引系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊錄入，輔助設(shè)計系統(tǒng)自動識別所述拓撲結(jié)構(gòu)，并根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)和從數(shù)據(jù)庫模塊調(diào)取的各個部件電氣容量和性能參數(shù)，加載各個部件的動態(tài)模型，對各個部件進行動態(tài)仿真，確定各個部件的電氣性能變化。
[0018]進一步，當設(shè)計人員需要輔助設(shè)計系統(tǒng)加載各個部件的動態(tài)模型時，設(shè)計人員在算法庫模塊中選擇一種控制策略，所述輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)該控制策略對牽引系統(tǒng)的整流器和逆變器進行仿真計算。
[0019]綜上內(nèi)容，本發(fā)明所述的一種軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)和設(shè)計方法，可加載穩(wěn)態(tài)模型確定各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，為設(shè)計人員提供了依據(jù)。通過自動識別錄入的牽引系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，加載動態(tài)模型，仿真列車運行過程，使設(shè)計人員能夠了解到所設(shè)計的牽引系統(tǒng)的動態(tài)性能，以便修改完善所做的設(shè)計。本發(fā)明能夠使設(shè)計人員在設(shè)計過程中，隨時掌握所設(shè)計的牽引系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，可以有效的指導設(shè)計人員的工作，提高設(shè)計人員的工作效率，使設(shè)計人員設(shè)計出更好的方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明牽引系統(tǒng)中主要部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明輔助設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊的界面示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[0024]如圖1所示，軌道車輛的牽引系統(tǒng)主要包括輸入電源、牽引變壓器、整流器、逆變器、牽引電機等。牽引系統(tǒng)將車頂引入的高壓電通過牽引變壓器降壓，通過整流器、逆變器變頻變壓后，以可控、恰當?shù)姆绞捷斔偷綘恳姍C，牽引電機牽引車輛運行。
[0025]如圖2所示，軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)，用于輔助設(shè)計人員對牽引系統(tǒng)的設(shè)計，主要包括數(shù)據(jù)庫模塊、部件功能模型庫模塊、算法庫模塊和結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊。
[0026]結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊，是用于人機交互的模塊，在輔助設(shè)計系統(tǒng)的輸入界面上，設(shè)計人員將初步設(shè)計好的牽引系統(tǒng)各個部件以及各個部件的拓撲結(jié)構(gòu)錄入。
[0027]部件功能模型庫模塊，用于存儲和加載牽引系統(tǒng)各個部件穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型，具體的講，是牽引變壓器、整流器、逆變器、牽引電機的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型。在不同的設(shè)計階段，可根據(jù)設(shè)計人員不同的需求，分別加載各個部件的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型。
[0028]數(shù)據(jù)庫模塊，用于存儲現(xiàn)有的典型牽引系統(tǒng)設(shè)計方案；在設(shè)計工程中所確定的牽引系統(tǒng)各個部件的電氣容量、性能參數(shù)，依照設(shè)計人員多個不同的設(shè)計方案被編號后逐個存入；以及設(shè)計人員輸入的不同列車運行性能指標等。[0029]算法庫模塊，用于存儲并提供牽引系統(tǒng)中主要部件的主要控制策略，主要部件為整流器和逆變器，控制策略如PID、模糊控制等。通常默認一種控制策略，也可根據(jù)要求，設(shè)計人員自行選擇。
[0030]在牽引系統(tǒng)設(shè)計過程中，根據(jù)列車運行性能指標要求，需要確定整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)，牽引變壓器、整流器、逆變器和牽引電機等的電氣容量及其主要電氣參數(shù)。
[0031]在設(shè)計初期，設(shè)計人員將列車的性能要求、運行指標，如時速等錄入到輔助設(shè)計系統(tǒng)中，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)列車運行指標要求，加載牽引系統(tǒng)各個部件的穩(wěn)態(tài)模型。
[0032]通過計算，輔助設(shè)計系統(tǒng)確定各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，編號后存入數(shù)據(jù)庫模塊，設(shè)計人員以計算出的各個部件的電氣容量、性能參數(shù)作為依據(jù)，進行牽引系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計、以及部件選型等工作。
[0033]當設(shè)計人員需要了解所設(shè)計的牽引系統(tǒng)的綜合性能時，設(shè)計人員通過結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊，將設(shè)計好的牽引系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)錄入，輔助設(shè)計系統(tǒng)自動識別錄入的拓撲結(jié)構(gòu)。
[0034]設(shè)計人員在輔助設(shè)計系統(tǒng)中操作，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫模塊內(nèi)所確定的各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，加載各個部件的動態(tài)模型，對各個部件進行動態(tài)仿真，確定各個部件的電氣性能變化，設(shè)計人員可根據(jù)需要，隨時了解牽引系統(tǒng)中各個部件的電氣性能。
[0035]各個部件的電氣性能主要包括:變壓器電壓、電流、溫升；變流器輸入和輸出電壓、電流、溫升；中間直流緩解電壓、電流；逆變器輸入和輸出電壓、電流、溫升；牽引電機定、轉(zhuǎn)子電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫升、磁鏈等。
[0036]而對于牽引系統(tǒng)中的整流器和逆變器，當設(shè)計人員需要輔助設(shè)計系統(tǒng)加載各個部件的動態(tài)模型時，設(shè)計人員可以從算法庫模塊中選取一個控制策略，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)所選取的控制策略，對整流器和逆變器進行動態(tài)仿真計算?？煞謩e選取不同的控制策略來完成不同的動態(tài)仿真，進行比較。
[0037]通過上述部件電氣性能在仿真模擬中的變化情況，設(shè)計人員可以此為依據(jù)，判斷所確定的各個部件電氣容量、性能參數(shù)等是否符合列車運行所需，對所設(shè)計的牽引系統(tǒng)做調(diào)整完善，從而設(shè)計出更好的牽引系統(tǒng)方案。
[0038]如圖3所示，結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊采用圖形化編輯錄入方式，在附圖設(shè)計系統(tǒng)的輸入界面上，以各個部件的圖標完成各個部件以及牽引系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的編輯錄入。
[0039]圖3右側(cè)為元件庫，可供設(shè)計人員選擇錄入的元件，圖3左側(cè)為所設(shè)計的一種牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)。
[0040]一種應(yīng)用上述的輔助設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計方法，包括如下步驟:
[0041]步驟1，設(shè)計人員在輔助設(shè)計系統(tǒng)中錄入車輛運行的指標要求。
[0042]步驟2，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)所述車輛運行的指標要求，加載牽引系統(tǒng)各個部件的穩(wěn)態(tài)模型，計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，編號后存入數(shù)據(jù)庫模塊。
[0043]步驟3，設(shè)計人員依據(jù)計算出的各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，設(shè)計牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)。
[0044]步驟4，設(shè)計人員將設(shè)計好的牽引系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊錄入，輔助設(shè)計系統(tǒng)自動識別所述拓撲結(jié)構(gòu)，并根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)和從數(shù)據(jù)庫模塊調(diào)取的各個部件電氣容量和性能參數(shù)，加載各個部件的動態(tài)模型，對各個部件進行動態(tài)仿真，確定各個部件的電氣性能變化。當設(shè)計人員需要輔助設(shè)計系統(tǒng)加載各個部件的動態(tài)模型時，設(shè)計人員在算法庫模塊中選擇一種控制策略，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)該控制策略對牽引系統(tǒng)的整流器和逆變器進行仿真計算。
[0045]綜上所述，本發(fā)明所述的軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)和設(shè)計方法，通過加載部件的穩(wěn)態(tài)模型，計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)等，為設(shè)計人員提供了設(shè)計依據(jù)。通過自動識別拓撲結(jié)構(gòu)，加載各個部件的動態(tài)模型，對牽引系統(tǒng)性能綜合性能進行仿真，使設(shè)計人員在設(shè)計過程中，通過本輔助設(shè)計系統(tǒng)能夠比較全面了解牽引系統(tǒng)綜合性能，從而提出更好的牽引系統(tǒng)設(shè)計方案。
[0046]如上所述，結(jié)合附圖所給出的方案內(nèi)容，可以衍生出類似的技術(shù)方案。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)庫模塊，用于存儲在設(shè)計過程中確定的牽引系統(tǒng)各個部件的電氣容量、性能參數(shù)；部件功能模型庫模塊，用于存儲和加載牽引系統(tǒng)主要部件的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型；結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊，用于人機交互，在所述輔助設(shè)計系統(tǒng)中錄入車輛運行的指標要求，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)車輛運行指標要求加載牽引系統(tǒng)各個部件的穩(wěn)態(tài)模型，計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)并存入數(shù)據(jù)庫模塊，設(shè)計人員根據(jù)各個部件的電氣容量和性能參數(shù)設(shè)計出牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于:在結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊錄入牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，所述輔助設(shè)計系統(tǒng)自動識別所述拓撲結(jié)構(gòu)，所述輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)所述拓撲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫模塊內(nèi)所確定的各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，加載各個部件的動態(tài)模型，對各個部件進行動態(tài)仿真，確定各個部件的電氣性能變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于:還包括算法庫模塊，用于存儲牽引系統(tǒng)主要部件的主要控制策略，當所述輔助設(shè)計系統(tǒng)加載各個部件的動態(tài)模型時，設(shè)計人員在算法庫模塊中選擇一種控制策略，所述輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)該控制策略對牽引系統(tǒng)的主要部件進行仿真計算。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于:所述主要部件為整流器和逆變器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道車輛牽引系統(tǒng)的輔助設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊為圖形化編輯模塊，在所述輔助設(shè)計系統(tǒng)的輸入界面以各個部件的圖標完成各個部件以及牽弓I系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的編輯錄入。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1至5任一項所述的輔助設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，在所述輔助設(shè)計系統(tǒng)中錄入車輛運行的指標要求； 步驟2，輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)所述車輛運行的指標要求，加載牽引系統(tǒng)各個部件的穩(wěn)態(tài)模型，計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)； 步驟3，設(shè)計人員依據(jù)計算出的各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，設(shè)計牽引系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軌道車輛牽引系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于:在所述步驟2中，輔助設(shè)計系統(tǒng)將計算出各個部件的電氣容量和性能參數(shù)，編號后存入數(shù)據(jù)庫模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軌道車輛牽引系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于:在所述步驟3后增加一個步驟，設(shè)計人員將設(shè)計好的牽引系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)配置設(shè)計模塊錄入，輔助設(shè)計系統(tǒng)自動識別所述拓撲結(jié)構(gòu)，并根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)和從數(shù)據(jù)庫模塊調(diào)取的各個部件電氣容量和性能參數(shù)，加載各個部件的動態(tài)模型，對各個部件進行動態(tài)仿真，確定各個部件的電氣性能變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的軌道車輛牽引系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于:當設(shè)計人員需要輔助設(shè)計系統(tǒng)加載各個部件的動態(tài)模型時，設(shè)計人員在算法庫模塊中選擇一種控制策略，所述輔助設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)該控制策略對牽引系統(tǒng)的整流器和逆變器進行仿真計算。
【文檔編號】G06F17/50GK103631984SQ201310382572
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】余進, 鄧小軍, 劉韶慶, 徐躍, 姚非, 劉先愷, 王晗, 王軍 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司