地铁列车主回路综合测试可视化系统.pdf

一种用于电力电子与电力传动技术领域的地铁列车主回路综合测试可视化系统，主控计算机与高速数据采集器通过PCI总线构成双向互连，高速数据采集器提供模拟与数字两类多通道输出和输入，模拟/数字信号通过相应通道输出至模拟/数字功率放大模块，模拟/数字功率放大模块再分别通过各自的通道将信号输至控制单元TCU，由控制单元TCU生成信号通过多通道输至斩波器，斩波器与控制单元TCU之间有反馈通道，控制单元TCU的控制信号通过多通道分别输至模拟/数字调理模块，调理信号则通过模拟和数字通道回输至高速数据采集器，高速数据采集器将控制信号通过输出通道输至主控计算机，因此实现对被测斩波器特性的分析和评价，为地铁运行安全提供安全预估的决策依据。

1、  一种地铁列车主回路综合测试可视化系统，其特征在于，包括：主控计算机(1)、高速数据采集器(2)、模拟功率放大模块(3)、数字功率放大模块(4)，模拟调理模块(5)、数字调理模块(6)、控制单元(7)、斩波器(8)，主控计算机(1)与高速数据采集器(2)通过PCI总线构成双向互连，高速数据采集器(2)提供模拟与数字两类多通道输出和输入，模拟信号通过模拟通道输出至模拟功率放大模块(3)，数字信号通过数字通道输出至数字功率放大模块(4)，模拟功率放大模块(3)与数字功率放大模块(4)分别通过各自的多通道将信号输至控制单元TCU(7)，由控制单元TCU(7)生成信号通过与斩波器(8)连接的多通道输至斩波器(8)，斩波器(8)与控制单元TCU(7)之间有反馈通道，控制单元TCU(7)在接收斩波器(8)全真信息反馈后经综合的控制信号通过多通道分别输至模拟调理模块(5)和数字调理模块(6)，信号经模拟和信号调理，形成多回路闭环检控系统。

2、  根据权利要求1所述的地铁列车主回路综合测试可视化系统，其特征是，主控计算机(1)通过数学建模的方法仿真地铁列车的牵引、惰行、制动与紧急制动等运行工况，同时通过物理/虚拟空间技术显示出实际系统中驾驶控制手柄和各种部件运行状态及其过程，并检出传感器的检测信号。

3、  根据权利要求1所述的地铁列车主回路综合测试可视化系统，其特征是，一旦选定某种运行工况，运行工况参数即输至高速数据采集器(2)，高速数据采集器(2)对其中的工况参数进行预处理加工并分别通过模拟和数字通道输至模拟功率放大模块(3)和数字功率放大模块(4)，同时由控制单元TCU(7)生成地铁列车主回路中心逻辑单元、基准值转换器的全模拟/仿真实际运行状态的信号通过与斩波器(8)连接的多通道输至斩波器(8)。

4、  根据权利要求1所述的地铁列车主回路综合测试可视化系统，其特征是，所述的高速数据采集器(2)由双高速数据采集卡构成多通道串并行数据采集器。

5、  根据权利要求1所述的地铁列车主回路综合测试可视化系统，其特征是，模拟功率放大模块(3)向控制单元TCU(7)输出控制手柄和各传感器的模拟信号，数字功率放大模块(4)向控制单元TCU(7)输出各种监控及其应答信号，控制单元TCU(7)在收到上述功率模块向其输入的模拟和数字信号后，综合处理触发脉冲序列，输出至斩波器(8)。

6、  根据权利要求1所述的地铁列车主回路综合测试可视化系统，其特征是，斩波器(8)在触发脉冲的作用下所形成的工作状态立即被检测器件将状态参数反馈输至控制单元TCU(7)，控制单元TCU(7)根据斩波器(8)触发驱动信号和接触器驱动信号梳理出模拟和数字两类序列信号分别输出至模拟调理模块(5)和数字调理模块(6)。

7、  根据权利要求1所述的地铁列车主回路综合测试可视化系统，其特征是，所述的信号调理，则通过相应的模拟通道和数字通道回输至高速数据采集器(2)，高速数据采集器(2)将控制信号通过输出通道输至主控计算机(1)。

8、  根据权利要求1所述的地铁列车主回路综合测试可视化系统，其特征是，主控计算机(1)接收到调理信号后，即刻利用事先的数学模型仿真出斩波器(8)在拖动相应负载下的输出特性，通过性能分析和故障推理算法对斩波器(8)做出综合评价，并以数据、曲线、声音和图像等多媒体形式逼真地显示出牵引系统的工作效果。

地铁列车主回路综合测试可视化系统
技术领域
本发明涉及一种用于电力电子与电力传动技术领域的测试的可视化系统，具体是一种地铁列车主回路综合测试可视化系统。
背景技术
作为城市轨道交通的地铁和轻轨在我国正处在发展阶段，建设任务十分繁重，为推动我国城市地铁与轻轨交通事业的发展尚有诸多高新技术等待解决。自从上海从德国引进地铁列车及其控制技术后，地铁与轻轨列车牵引新技术在我国即出现了全新的跨越式发展，构成地铁与轻轨列车牵引系统的关键技术实际上就是以斩波器为关键部件的主回路技术。对主回路综合性能的测试与评价是地铁列车安全运行的重要条件之一。
对于电子线路的性能与故障测试，主要采用可测试性系统构建法和故障模拟测试生成法。然而，前者仅使用于待设计的功能器件或模块，后者对于复杂系统其适用局限性很大，原因有三：1、受元器件参数离散性、老化、非线性和环境干扰等因素的影响，理论上很难建立故障模拟数学模型；2、激励和响应信号的无限性会造成测试生成的复杂性大为增加；3、大量测试数据的采集存在不可测试的可能而不能实现。因此对于电力电子器件构成的斩波器主电路必然要寻找一种全新的技术方法，特别是作为地铁和轻轨列车牵引系统关键部件的斩波器主回路。
经文献检索发现，尹仕任撰写的“直流斩波电路故障诊断专家系统应用研究”(《控制理论与应用》1997年第四期)对直流斩波电路故障诊断提出了一种专家系统方案及其理论依据和实际应用方法，文章将知识库设计为多元故障树、诊断数据来源于对象的测试和推理、依据特征向量实现故障的定位的方法。但是该项研究没有对直流斩波电路的非故障特性做任何研究，更没有提供针对地铁和轻轨列车牵引系统直流斩波电路特性测试与推理技术的解决方案。在进一步的检索中，尚未发现与本发明主题相同或者类似文献报道。
发明内容
本发明针对现有技术中引进的德国DC-01型电客列车超大功率直流斩波电路的技术特点和工作特性，提供一种地铁列车主回路综合测试可视化系统，使其可以对超大功率斩波器在模拟地铁车辆的牵引、惰行、制动与紧急制动等运行工况下的输出波形与特征值进行测量和记录，进而对斩波器的性能做出准确的评价，并对整个主回路系统进行综合调试。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：主控计算机、高速数据采集器、模拟功率放大模块、数字功率放大模块、模拟信号调理模块、数字信号调理模块、控制单元TCU和超大功率斩波器，各个模块的连接关系如下：
主控计算机与高速数据采集器通过PCI总线构成双向互连，高速数据采集器由双高速数据采集卡构成多通道串并行数据采集器。高速数据采集器提供模拟与数字两类多通道输出和输入，模拟信号通过模拟通道输出至模拟功率放大模块，数字信号通过数字通道输出至数字功率放大模块，模拟功率放大模块与数字功率放大模块分别通过各自的通道将信号输至控制单元TCU，由控制单元TCU生成信号通过与斩波器连接的多通道输至斩波器，斩波器与控制单元TCU之间有反馈通道，控制单元TCU在接收斩波器全真信息反馈后经综合的控制信号通过多通道分别输至模拟调理模块和数字调理模块，调理信号则通过相应的模拟和数字通道回输至高速数据采集器，高速数据采集器将控制信号通过输出通道输至主控计算机，形成多回路闭环检控系统。
主控计算机通过数学建模的方法仿真地铁列车的牵引、惰行、制动与紧急制动等运行工况，同时通过物理/虚拟空间技术显示出实际系统中驾驶控制手柄和各种部件运行状态及其过程，并检出传感器的检测信号。
一旦选定某种运行工况，运行工况参数即输至高速数据采集器，高速数据采集器对其中的工况参数进行预处理加工并分别通过模拟和数字通道输至模拟功率放大模块和数字功率放大模块，同时由控制单元TCU生成地铁列车主回路中心逻辑单元、基准值转换器的全模拟/仿真实际运行状态的信号通过与斩波器连接的多通道输至斩波器。
模拟功率放大模块向控制单元TCU输出控制手柄和各传感器的模拟信号，数字功率放大模块向控制单元TCU输出各种监控及其应答信号，控制单元TCU在收到上述功率模块向其输入的模拟和数字信号后，综合处理触发脉冲序列，输出至斩波器。
斩波器在触发脉冲的作用下所形成的工作状态立即被检测器件将状态参数反馈输至控制单元TCU，控制单元TCU根据斩波器触发驱动信号和接触器驱动信号梳理出模拟和数字两类序列信号分别输出至模拟调理模块和数字调理模块。
主控计算机接收到调理信号后，即刻利用事先的数学模型仿真出斩波器在拖动相应负载下的输出特性，通过性能分析和故障推理算法对斩波器做出综合评价，并以数据、曲线、声音和图像等多媒体形式逼真地显示出牵引系统的工作效果。
本发明实现了对地铁列车由主控制器、中心逻辑单元、基准值转换器、控制单元TCU、斩波器及负载所组成的实际牵引系统的模拟和仿真，在仿真地铁列车的牵引、惰行、制动与紧急制动等运行工况下完全获得列车牵引系统中控制单元与斩波器之间真实的逻辑关系，因此可以通过上述可视化综合测试系统真实地反映出被检测超大功率斩波器的静/动态工作特性，并可以在主控计算机显示器上直接显示出对被测斩波器分析和评价的结论，因此为地铁运营公司的维修和运行安全部门提供对关键部件超大功率斩波器的性能评价和运行安全预估的决策依据。
附图说明
图1本发明系统结构框图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：主控计算机1、高速数据采集器2、模拟功率放大模块3、数字功率放大模块4，模拟调理模块5，数字调理模块6，控制单元TCU7，斩波器8。主控计算机1与高速数据采集器2通过PCI总线构成双向互连，高速数据采集器2由双高速数据采集卡构成多通道串并行数据采集器，高速数据采集器2提供模拟与数字两类多通道输出和输入，模拟信号通过模拟通道输出至模拟功率放大模块3，数字信号通过数字通道输出至数字功率放大模块4，模拟功率放大模块3与数字功率放大模块4分别通过各自的多通道将信号输至控制单元TCU7，由控制单元TCU7生成地铁列车主回路中心逻辑单元、基准值转换器的全模拟/仿真实际运行状态的信号通过与斩波器8连接的多通道输至斩波器8，斩波器8与控制单元TCU7之间有反馈通道，控制单元TCU7在接收斩波器8全真信息反馈后经综合的控制信号通过多通道分别输至模拟调理模块5和数字调理模块6，信号经模拟和信号调理，形成多回路闭环检控系统。
所述的调理信号则通过相应的模拟和数字通道反馈至高速数据采集器2，高速数据采集器2将控制信号再通过输出通道输至主控计算机1，由此构成了一个全模拟/仿真的地铁列车牵引过程的多回路闭环综合测试和控制系统。
本发明主控计算机1通过数学建模的方法仿真地铁列车的牵引、惰行、制动与紧急制动等运行工况，同时通过物理/虚拟空间技术显示出实际系统中驾驶控制手柄和各种部件运行状态及其过程，并检出传感器地检测信号；当被选定的某种运行工况输至高速数据采集器2时，高速数据采集器2对其中的工况参数进行预处理加工分别通过模拟和数字通道输至模拟功率放大模块3和数字功率放大模块4；模拟功率放大模块3向控制单元TCU7输出控制手柄和各传感器的模拟信号，数字功率放大模块4向控制单元TCU7输出各种监控及其应答信号；控制单元TCU7在收到上述功率模块向其输入的模拟和数字信号后，综合处理触发脉冲序列，输出至斩波器8；斩波器8在触发脉冲的作用下所形成的工作状态立即被检测器件将状态参数反馈输至控制单元TCU7；控制单元TCU7根据斩波器8触发驱动信号和接触器驱动信号梳理出模拟和数字两类序列信号分别输出至模拟调理模块5和数字调理模块6；两类调理模块又将调理后的信号回输至高速数据采集器2；高速数据采集器2的输出通道通过PCI总线输出至主控计算机1；主控计算机1接收到调理信号后，即刻利用事先的数学模型仿真出斩波器8在拖动相应负载下的输出特性，通过性能分析和故障推理算法对斩波器8做出综合评价，并以数据、曲线、声音和图像等多媒体形式逼真地显示出牵引系统的工作效果。
以下结合本发明以德国DC-01型电客列车方法的工况为对象，进一步描述其实施效果：
工况一：以1/4牵引力牵引，从零速牵引至60km/h，惰行一段时间，以1/4制动至速度为0
工况二：以1/2牵引力牵引，从零速牵引至60km/h，惰行一段时间，以1/2制动至速度为0
工况三：以全牵引力牵引，从零速牵引至60km/h，惰行一段时间，以全制动至速度为0
工况四：以全牵引力牵引，从零速牵引至80km/h，惰行一段时间，紧急制动
通过本发明的测试不仅获得被测斩波器在四种工况条件下的全特性参数和相关曲线，同时通过推理算法获得对被测对象的正确评价，并以多媒体形式实现了各模块工作状态静/动态的可视化技术。