机车雨刮器控制器的设计与实现

论文摘要

机车车辆向高速、重载、交流传动发展的同时,对机车零部件也提出了更高的要求。机车雨刮器是机车重要零部件之一,它直接影响司机前方的视野。目前雨刮器普遍存在故障率高、面对提速引起的强气流冲击产生不稳定、雨刷电机损毁、控制器通用性差等一系列问题,因此,对雨刮器的全面升级或改造是目前丞待解决的问题。针对双速电机使用寿命短、稳定性差、电机调速方法不合理等问题,本文对双机双臂雨刮系统,采用单速结构永磁直流电机,设计了一种基于PWM调速的机车雨刮器控制器,实现无级调速。针对机车电源存在暂态过电压冲击和雨刷杆停止须归位等问题,设计了基于复合PNP串联的智能开关模块,有效地减小过电压冲击,实现了延时关断功能。控制模块不但可调节PWM,而且具有过载保护、短路保护、过温保护功能,解决了雨刷电机堵转造成电机烧毁的问题。驱动电路采用大功率MOSFET,具有耐压高、无振铃、开关快速、发热小等特点。针对机车过载保护功能不强等问题,起动时采用先延时再检测电机堵转和运行中实时检测电机堵转,两种策略解决了冰雪卡住雨刷杆、两车交会和过隧道的电机堵转保护问题。针对两个雨刷杆所受负载不同而引起的不同步问题,采用主从控制方式,假设主电机在短时间内转速为一恒定值,从电机利用模糊PID调节转速,从而跟踪主电机,最终主从电机达到同步。整个机车雨刮控制器通过行驶实验,现已投入使用,实际运行效果表明,本文设计的机车雨刮器性能稳定、效果良好,达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 总体方案及硬件设计
• 2.1 系统设计
• 2.1.1 雨刮器的结构
• 2.1.2 雨刮器的功能与特点
• 2.1.3 直流电机调速控制原理
• 2.1.4 PWM 直流调速原理
• 2.1.5 总体方案设计
• 2.2 系统硬件设计
• 2.2.1 智能开关模块
• 2.2.2 控制模块
• 2.2.3 驱动电路模块
• 2.3 小结
• 第三章 软件设计
• 3.1 软件设计的需求分析
• 3.2 软件设计
• 3.2.1 主程序
• 3.2.2 旋钮开关子程序
• 3.2.3 间歇档子程序
• 3.2.4 停止档子程序
• 3.2.5 低速档子程序
• 3.2.6 高速档子程序
• 3.2.7 喷淋子程序
• 3.2.8 CAN 节点子程序
• 3.2.9 堵转子程序
• 3.3 小结
• 第四章 基于模糊 PID 的双电机同步方法研究
• 4.1 永磁直流电机模型
• 4.2 模糊PID 控制器的设计及仿真
• 4.2.1 模糊PID 控制器的结构
• 4.2.2 模糊PID 控制器的设计步骤
• 4.2.3 模糊PID 控制器的设计
• 4.2.4 仿真结果
• 4.3 小结
• 第五章 控制器测试
• 5.1 功能测试
• 5.2 性能测试
• 5.2.1 雨刮频率测试
• 5.2.2 绝缘性测试
• 5.2.3 耐压测试
• 5.2.4 高低压测试
• 5.2.5 高低温测试
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间的科研工作和发表的论文
• 致谢