基于DSP的受电弓主动控制试验装置的研制

论文摘要

高速化和电气化是当今世界高速铁路发展的大趋势。机车高效高速运行至关重要。影响机车运行性能的主要因素是机车的受流质量。受流质量主要与受电弓与接触网之间的接触压力相关。机车运行中,理想的接触压力是保障机车稳定持续集流的前提。如何使弓网之间保持理想的接触压力是目前研究的热点问题。采用受电弓的主动控制技术,是目前解决此问题的有效方法。本文针对此问题,研制了一套受电弓主动控制试验装置。主要的研究内容有：本文分析了国内外受电弓主动控制的研究现状,在实验室弓网电弧发生装置的基础上,研制了一套受电弓驱动与控制装置,初步实现了利用电气和机械传动系统取代液压传动装置进行受电弓的主动控制。检测结果表明,该装置可以实现对接触压力的控制。首先从受电弓主动控制的机械装置入手,通过对弓网耦合模型的分析,设计了一套受电弓模拟装置,主要包括受电弓的质量块线性模型及其机械驱动装置,受电弓质量块线性模型能够模拟真实受电弓的基本特性,符合主动控制的要求。其次基于DSP及主动控制理论设计了一套受电弓主动控制系统。控制系统主要包括数据采集系统、DSP核心控制部分以及受电弓电气驱动部分。数据采集系统主要包括原始信号采集、信号调理单元。DSP核心控制部分包括A/D转换单元、软件滤波算法的设计、电机控制算法的设计以及控制信号的有效输出。受电弓电气驱动装置主要包括电平信号调理板的设计、电机驱动模块的设计以及电机过流保护等电路的设计。最后,对该套试验装置进行了调试,在机车模拟平台未启动时,实现了受电弓的主动式调节；在机车模拟平台启动时,通过对受电弓施加主动控制,实现了对接触压力的控制。在本文的最后,给出了该装置的检测波形,并进行了展望,为研究电力机车的受电弓主动控制打下良好的基础。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外受电弓主动控制的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究内容和方法
• 2 受电弓主动控制试验装置的总体介绍
• 2.1 接触网-受电弓数学模型
• 2.1.1 弓网整体结构介绍
• 2.1.2 接触网动力学模型
• 2.1.3 受电弓动力学模型
• 2.2 受电弓主动控制试验装置的机械部分
• 2.3 受电弓主动控制试验装置的电气部分
• 2.3.1 电气部分的介绍
• 2.3.2 主动控制的实现
• 3 主动控制试验装置的硬件设计
• 3.1 试验装置控制核心部分
• 3.1.1 TMS320F2812微处理器简介
• 3.1.2 TMS320F2812外围基本电路
• 3.2 压力采集系统的设计
• 3.2.1 压力采集模块方案设计
• 3.2.2 压力传感器工作原理
• 3.2.3 A/D信号调理电路设计
• 3.2.4 压力传感器的标定
• 3.2.5 A/D转换电路设计
• 3.3 等效位移模块的设计
• 3.3.1 位移传感器的选型
• 3.3.2 位移与压力的对应关系
• 3.4 步进电机的概述及原理
• 3.4.1 步进电机分类
• 3.4.2 混合式直线步进电机的原理
• 3.4.3 混合式步进电机的数学模型
• 3.4.4 混合式步进电机的驱动方式
• 3.5 驱动电路的设计
• 3.5.1 细分驱动的原理
• 3.5.2 混合式步进电机细分驱动器
• 3.5.3 控制信号电平转换电路的设计
• 3.5.4 电流反馈电路的设计
• 3.5.5 过流保护电路的设计
• 3.5.6 串口通信接口的设计
• 3.5.7 运动控制系统的连接
• 4 主动控制试验装置的软件设计
• 4.1 程序编译工具CCS3.0
• 4.2 软件部分的整体组成
• 4.3 控制器的设计
• 4.3.1 位置控制算法的设计
• 4.3.2 速度控制算法的设计
• 4.3.3 查表法调用脉冲函数的仿真
• 4.4 控制系统主程序的设计
• 4.5 控制系统子程序的设计
• 4.5.1 压力查表程序的设计
• 4.5.2 位置控制PWM输出程序的设计
• 4.5.3 A/D转换模块程序的设计
• 4.5.4 中断过流保护程序的设计
• 4.5.5 串行通讯程序的设计
• 5 主动控制试验装置的调试
• 5.1 机车模拟平台未启动时受电弓升降实验
• 5.2 机车模拟平台启动时受电弓主动控制实验
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集