地铁列车主回路综合测试可视化方法.pdf

一种用于电力电子与电力传动金属领域的地铁列车主回路综合测试可视化方法，通过双高速数据采集卡构成多通道串并行数据采集器实现高速数据采集，控制单元根据斩波器触发驱动信号、接触器驱动信号以及列车运行控制策略将信号序列由控制解释空间映射成控制表示空间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，两类调理模块依据列车运行控制策略将梳理出的两类信号序列映射成控制表示空间的多维控制矩阵反馈至高速数据采集器，主控计算机接收到调理信号后，利用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。本发明实现对被测斩波器的分析和评价。

1、  一种地铁列车主回路综合测试可视化方法，其特征在于，通过双高速数据采集卡构成多通道串并行数据采集器实现高速数据采集，控制单元根据斩波器触发驱动信号、接触器驱动信号以及列车运行控制策略将信号序列由控制解释空间映射成控制表示空间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，两类调理模块依据列车运行控制策略将梳理出的两类信号序列映射成控制表示空间的多维控制矩阵反馈至高速数据采集器，主控计算机接收到调理信号后，利用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。

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方法，其特征是，以下通过步骤对其进一步限定：
(1)通过数学模型仿真地铁列车的牵引、惰行、制动与紧急制动运行工况，并通过显示器以多媒体仿真/模拟的方式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检测传感器检出信号；
(2)当某种运行工况被选定后，高速数据采集器对工况参数进行预处理并分别通过模拟和数字通道输至模拟功率放大与数字功率放大两个模块；
(3)模拟功率放大与数字功率放大两个模块分别向控制单元TCU输出控制手柄和监控及其应答信号；
(4)控制单元在综合处理触发脉冲序列，按照全仿真关系矩阵输出至斩波器；
(5)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；
(6)控制单元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并映射成控制表示空间信号分别输出至模拟和数字调理两大模块；
(7)两类调理模块依据列车运行控制策略将信号序列构筑多维控制矩阵反馈至高速数据采集器；
(8)通过高速数据采集器与主控计算机的交互，主控计算机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方法
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地可视化方法，具体是一种对地铁列车主回路进行综合测试的可视化方法。
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
本发明针对上海地铁运营公司引进的德国DC-01型电客列车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方法，使其可以对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，同时对整个主回路系统进行综合调试，并实现在多媒体环境下的数据传输和显示。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过双高速数据采集卡构成多通道串并行数据采集器实现高速数据采集，控制单元根据斩波器触发驱动信号、接触器驱动信号以及列车运行控制策略将信号序列由控制解释空间映射成控制表示空间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，两类调理模块依据列车运行控制策略将梳理出的两类信号序列映射成控制表示空间的多维控制矩阵反馈至高速数据采集器，主控计算机接收到调理信号后，利用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。
以下通过步骤对本发明方法作进一步的限定：
(1)工业控制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，并通过显示器以多媒体仿真/模拟的方式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检测传感器检出信号；
(2)当被选定的某种运行工况输至高速数据采集卡时，数据采集卡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和数字功率放大模块；
(3)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；
(4)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，综合处触发脉冲序列输出至斩波器；
(5)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；
(6)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和数字调理模块；
(7)两类调理模块将调理过的信号回输至高速数据采集卡；
(8)通过高速数据采集卡的输出通道通过PCI总线输出至工业控制计算机；
(9)工业控制计算机接收到调理信号后，即刻利用事先得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。
本发明通过数据采集器的多通道串并行构造、对地铁列车主回路实际运行状态的全模拟/仿真、控制解释与表示空间的映射和转换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斩波器的性能评价和运行安全预估的决策依据。
具体实施方式
以下结合本发明方法的内容提供以下实施例：
(1)通过数学模型仿真地铁列车的牵引、惰行、制动与紧急制动运行工况，并通过显示器以多媒体仿真/模拟的方式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检测传感器检出信号；
(2)当某种运行工况被选定后，高速数据采集器对工况参数进行预处理并分别通过模拟和数字通道输至模拟功率放大与数字功率放大两个模块；
(3)模拟功率放大与数字功率放大两个模块分别向控制单元TCU输出控制手柄和监控及其应答信号；
(4)控制单元在综合处理触发脉冲序列，按照全仿真关系矩阵输出至斩波器；
(5)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；
(6)控制单元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并映射成控制表示空间信号分别输出至模拟和数字调理两大模块；
(7)两类调理模块依据列车运行控制策略将信号序列构筑多维控制矩阵反馈至高速数据采集器；
(8)通过高速数据采集器与主控计算机的交互，主控计算机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。