[发明专利]基于通信控制网络的高速动车组牵引控制实验平台

说明书

技术领域

本发明涉及模拟和/或实验设备技术领域，具体地，涉及基于通信控制网络的高速动车组牵引控制实验平台。

背景技术

目前，交流异步牵引电机，已经广泛应用于中国CRH（China Railways High-speed，简称CRH，全名“中国高速铁路”）系列的高速动车组。对大功率交流异步牵引电机的高性能调速控制，是高速动车组安全、可靠和稳定运行的重要保证。高速动车组交流异步牵引电机，具有空间分布性特点，要实现动车组牵引电机群的协同控制，必须通过列车网络控制系统来实现。其关键问题是，如何利用线性系统领域的网络控制分析方法，实现对异步牵引电机非线性控制。

但是，在现有的高速动车组牵引控制实验平台中，多采用转子磁场定向矢量控制技术和直接转矩控制技术，实现对牵引电机的驱动控制。没有考虑引入网络控制系统后对异步电机牵引控制系统的影响；并且，矢量控制对电机的参数依赖性很大，控制精度不高、动态性能较差；还有，直接转矩控制增加了较大的脉动转矩分量，没有电流环，不能做电流保护，对定子参数依赖大。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在对电机及定子参数依赖性大、控制精度低、动态性能差与电流安全性差和没有考虑引入网络控制系统后对异步电机牵引控制系统的影响等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出基于通信控制网络的高速动车组牵引控制实验平台，以实现对牵引电机的网络化非线性控制方法验证，以及减小电机调速控制时对定子参数依赖性、提高控制精度、改善动态性能与电流安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于通信控制网络的高速动车组牵引控制实验平台，包括给定控制信号输入模块、比较器、网络控制器、伪线性复合系统、传感器测量模块、第一网络延迟单元与第二网络延迟单元，其中：

所述给定信号输入模块，通过比较器与网络控制器连接；网络控制器输出的异步牵引电机转速和磁链控制信号，通过第一网络延迟单元，连接至伪线性复合系统；

所述传感器测量模块的输入端与伪线性复合系统连接，输出端通过第二网络延迟单元，连接至比较器。

进一步地，所述伪线性复合系统，即控制对象异步牵引电机线性模型，至少可以通过输入-输出反馈线性化解耦方法、电压矢量解耦方法或逆系统解耦方法中的任意一种方法获得。

进一步地，所述伪线性复合系统，包括与第一网络延迟模块连接的异步牵引电机逆系统，以及与传感器测量模块连接的异步牵引电机；所述异步牵引电机的状态反馈输出端，与异步牵引电机逆系统的状态反馈输入端连接；该伪线性复合系统，由逆系统解耦方法获得。

所述网络控制器，用于根据不同的控制策略和不同的异步牵引电机线性模型，获得相应的电机转速和磁链控制信号。

进一步地，所述第一网络延迟单元，包括依次连接在网络控制器与异步牵引电机逆系统之间、且用于模拟网络控制器与异步牵引电机之间网络的第一网络延迟模块与第一零阶保持器，所述第一网络延迟模块与第一零阶保持器通过列车通信控制网络连接。

进一步地，所述第二网络延迟单元，包括依次连接在传感器测量模块与比较器之间、且用于模拟传感器测量模块与比较器之间网络的第二网络延迟模块与第二零阶保持器，所述第二网络延迟模块与第二零阶保持器通过列车通信控制网络连接。

进一步地，所述通信控制网络，至少包括列车通信控制网络（TCN）、Lonworks、WorldFIP、CANopen与ARCnet中的任意一种。

进一步地，所述TCN，包括列车总线（WTB）和车辆总线（MVB），其中：

所述列车总线（WTB），用于连接各车辆节点、数据采集站、设备站、以及司机控制站，并构成列车设备控制、监测与故障诊断的列车级网络；

所述车辆总线（MVB），用于连接车辆内的各种控制设备，并构成车厢级数据采集、控制的车辆级网络。

进一步地，所述车辆内的各种控制设备，至少包括配合设置的主控单元（MPU）、驱动显示单元（DDU）、供电单元（PSU）、辅助控制单元（ACU）、以及用于并行控制多个交流牵引电机的牵引控制单元（TCU）。

进一步地，所述列车总线为自组态式，即：

当列车编组改变时，列车总线自动重新构成，得到一个总线主节点，并自动指定各节点地址、位置及识别运行方向，所述各段 MVB 总线通过节点网关与列车总线连接。