列車模擬運行系統(tǒng)的運行控制

1、列車模擬運行系統(tǒng)的運行控制0 引言為了進展電力牽引系統(tǒng)的開發(fā)，需要建立一個可以模擬列車工況的實驗系統(tǒng)，該實驗系統(tǒng)由被試系統(tǒng)和陪試系統(tǒng)組成。被試系統(tǒng)就是要開發(fā)的電力牽引系統(tǒng)，主要包括牽引變流器、牽引電機。陪試系統(tǒng)，即列車模擬運行系統(tǒng)，本文主要對列車模擬運行系統(tǒng)的建立方法及控制形式進展研究。陪試系統(tǒng)為電力牽引系統(tǒng)提供一個模擬負載，該負載模擬的運行環(huán)境與實際列車的環(huán)境根本一樣，應能模擬列車在一個預定軸重和預定線路條件下的運行情況。陪試系統(tǒng)在被試系統(tǒng)的驅(qū)動之下運動速度的變化規(guī)律以及為被試系統(tǒng)提供的阻力和列車的實際情況根本吻合。1 列車模擬運行系統(tǒng)主電路的設(shè)計陪試系統(tǒng)在被試系統(tǒng)的驅(qū)動下可以模擬出列車的運

2、行速度，所以陪試系統(tǒng)按照速度方式進展控制，被試系統(tǒng)是按力矩方式進展控制的。陪試電機的功率、力矩、速度等級和被試機相對應，為了電力牽引和電氣控制整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)能量回饋，陪試系統(tǒng)直流側(cè)的電壓等級和被試系統(tǒng)是一樣的。為了到達這些根本要求，構(gòu)建系統(tǒng)如圖1中列車模擬運行系統(tǒng)所示。2 列車模擬運行系統(tǒng)控制電路的設(shè)計陪試系統(tǒng)按照速度方式進展控制，其所對應的控制系統(tǒng)可以實時模擬列車在預定軸重、預定線路下的運行情況，并且可以把實時仿真的結(jié)果轉(zhuǎn)換為控制信號進而實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時控制，控制機組的運行速度。針對此要求，以西門子S120系列變流設(shè)備為核心，構(gòu)建系統(tǒng)如下：PC機進展實時仿真運算，由于陪試機需要模擬在被試機

3、驅(qū)動下的速度變化情況，而影響速度的變化規(guī)律包括列車的軸重、線路情況以及驅(qū)動力矩，其中列車的軸重與線路情況是預先設(shè)定好的，驅(qū)動力矩是由實時檢測的方法得到的，同時也要可以檢測列車目前的運行速度，為了完成檢測，PC機需要配置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。PC機數(shù)據(jù)的實時仿真結(jié)果要可以轉(zhuǎn)換成對陪試機速度的實時控制信號，為了實現(xiàn)這個實時控制，采用了這套系統(tǒng)。3 列車模擬運行系統(tǒng)實時控制的實現(xiàn)3.1 系統(tǒng)的編程方法列車模擬運行系統(tǒng)的程序應該具有很高的運行速度才可以滿足實時控制的要求，為此采用LabVIEW和C語言混合編程。LabVIEW(Laboratory virtual instrument engineeringw

4、orkbench)是由美國國家儀器(NI)公司研制開發(fā)的一種程序開發(fā)環(huán)境，使用圖形化編輯語言G來編寫程序。LabVIEW程序由前面板、程序框圖、圖標和連線板組成，可以使系統(tǒng)的操作界面以及對數(shù)據(jù)采集卡的操作方便，可以實現(xiàn)DAQ技術(shù)。假設(shè)只用LabVIEW編程那么運行速度比較低，難以保證系統(tǒng)的實時性，通過C語言可以滿足較高的速度完成，所以采用混合編程的方法。基于虛擬儀器技術(shù)，在NI PCI-6229數(shù)據(jù)采集卡上通過力矩轉(zhuǎn)速傳感器實現(xiàn)了對陪試機力矩、轉(zhuǎn)速的采集和控制，利用LabVIEW中DAQmx軟件進展了數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計。系統(tǒng)的運行程序由C語言來編制，然后生成動態(tài)鏈接庫DLL與LabVIEW程序

5、框圖中的CLF節(jié)點連接，保存了LabVIEW平臺虛擬儀器開發(fā)的便捷性，抑制其計算瓶頸的問題，又結(jié)合了C語言高效性的優(yōu)化算法，所以通過混合編程的方法可以保證系統(tǒng)的實時性。3.2 列車模型根據(jù)列車模擬運行系統(tǒng)硬件的設(shè)計，通過PCI-6229數(shù)據(jù)采集卡和力矩轉(zhuǎn)速傳感器對力矩、轉(zhuǎn)速進展實時采集，而要對陪試系統(tǒng)進展實時控制更關(guān)鍵的問題就是列車模型。本系統(tǒng)在進展模擬運行時，我們把線路和車輛的根本信息以及載荷情況進展預設(shè)，列車的牽引力和當前的速度是通過測量直接得到的，知道當前列車在特定線路的某一位置，根據(jù)這個位置由阻力模型可以計算出列車的阻力，再由列車運動方程解算出當前情況下下一個采樣點時列車的速度，這樣就可以通過迭代的方法模擬出列車的速度變化規(guī)律并按照此變化規(guī)律確定機組運行的速度，將此速度實時傳輸給電機模塊，就可以確保電機速度的變化規(guī)律和實際列車的運行情況根本吻合。4 結(jié)論列車模擬運行系統(tǒng)的功率、力矩與速度等級不低于被試系統(tǒng)，直流環(huán)節(jié)采用與被試系統(tǒng)一樣的電壓等級使其可以實現(xiàn)能量互饋。列車模擬運行系統(tǒng)為電力牽引系統(tǒng)的開發(fā)提供了模擬負載，采用LabVIEW與C語言混合編程的方法保證了系統(tǒng)的實時性，并且基于實時仿真的結(jié)果對陪試機進展實