列车姿态测量与平稳性评估系统设计与实现

论文摘要

实时、准确地获取列车的姿态、位置、速度以及平稳性等参数对高速、安全、平稳行车以及铁路智能运输系统的进一步完善具有重要意义。本文在对国内外相关技术发展现状进行充分调研的基础上,开展基于低成本MEMS惯性传感器的高速列车姿态测量与平稳性评估系统的研究工作。系统以微惯性器件为核心敏感器,通过信号处理与软件解算获得列车运行状态参数。为提高系统的测量精度与可靠性,将微惯性测量系统与GPS进行组合,构成了MIMS/GPS组合测量系统。论文分析了微惯性测量系统的结构与工作原理,阐述了信息采集与处理模块硬件电路的设计原理与实现过程,完成了电路的硬件设计与调试;分析研究了捷联式惯性测量算法、MIMS/GPS组合滤波算法以及平稳性评估算法的原理与实现方法,完成了系统全套软件的编制与初步测试;最后,为验证系统的功能和系统硬件与软件设计的合理性与正确性,进行了实验室静态测试与初步的动态测试,并对测试结果进行了客观、合理的分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的与意义
• 1.2 相关技术国内外发展现状
• 1.2.1 列车运行平稳性研究
• 1.2.2 列车定位与姿态测量技术国内外发展现状
• 1.3 MEMS惯性传感器
• 1.4 论文主要工作及章节安排
• 第2章 系统硬件设计
• 2.1 总体方案
• 2.2 微惯性测量系统
• 2.2.1 微惯性测量单元
• 2.2.2 微惯性测量系统的工作原理
• 2.3 GPS接收机
• 2.4 信息采集与处理模块设计与实现
• 2.4.1 PC/104总线结构
• 2.4.2 TMS320VC33介绍
• 2.4.3 DSP外围电路设计
• 2.4.4 印制电路板设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 姿态测量算法及软件设计
• 3.1 软件开发环境
• 3.1.1 CC环境下软件开发
• 3.1.2 上位人机接口及开发环境
• 3.2 MIMU原始数据处理
• 3.2.1 数字滤波器选择
• 3.2.2 数字滤波器设计与验证
• 3.3 列车姿态、位置、速度解算
• 3.3.1 坐标系的定义
• 3.3.2 列车姿态、速度、位置的确定
• 3.3.3 软件设计
• 3.4 MIMS/GPS组合
• 3.4.1 组合模式
• 3.4.2 卡尔曼滤波
• 3.4.3 组合系统滤波器设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 列车平稳性评估标准及计算方法研究
• 4.1 轨道车辆振动的特点
• 4.2 Sperling方法
• 4.2.1 Sperling方法的原理
• 4.2.2 Sperling方法在应用中的发展
• 4.3 ISO2631标准
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 加权加速度单值评价法
• 4.4 TB/T2360-93
• 4.4.1 定义
• 4.4.2 运行平稳性各评定等级的界限值
• 4.4.3 计算方法
• 4.5 GB5599-85
• 4.5.1 平稳性指标
• 4.5.2 计算方法
• 4.6 软件设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统测试结果及分析
• 5.1 系统硬件连接
• 5.2 纯MIMS静态测试
• 5.3 组合系统静态测试
• 5.4 动态姿态测试
• 5.5 列车平稳性测试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录