本书介绍了铁路牵引动力的发展历程、现代列车牵引传动系统的工作原理和控制特点及技术体系；讨论了列车传动系统的网侧控制、电机控制和黏着控制等控制技术；介绍了重载列车同步控制、现代列车通信网络、列车牵引控制系统平台等；还介绍了与测试认证技术相关联的环境试验等型式试验测试技术、电磁兼容性测试技术、可靠性测试技术以及通信网络的一致性测试技术等；附录给出了两个列车牵引控制系统实例，是在轨道交通车辆技术领域的实践探索和技术应用。《BR》
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目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 铁路牵引动力的发展 1
1.1.1 世界铁路牵引的技术历程 1
1.1.2 我国铁路电力牵引技术的发展历程 2
1.2 现代列车牵引传动系统原理及其控制特点 5
1.2.1 列车牵引动力单元牵引传动系统 6
1.2.2 列车多动力单元牵引控制 14
1.2.3 列车故障诊断 17
1.3 现代列车牵引控制系统的技术体系 18
1.3.1 交流传动牵引控制策略与控制技术 19
1.3.2 列车通信网络技术体系 24
1.3.3 现代列车控制系统保障技术 26
1.4 列车牵引控制技术的发展趋势 29
1.4.1 目前主要的发展现状 29
1.4.2牵引控制技术的体系思想发展 30
1.5 本书的安排 31
参考文献 32
第2章 信号检测与处理基础 33
2.1 引言 33
2.2 列车状态信息检测原理 33
2.2.1 电压信号检测原理 33
2.2.2 电流信号检测原理 34
2.2.3 速度信号检测原理 35
2.2.4 压力信号检测原理 36
2.2.5 温度信号检测原理 37
2.2.6 振动信号与加速度检测原理 38
2.3 传感信号预处理技术 41
2.3.1 信号变换 41
2.3.2 信号放大 45
2.3.3 滤波降噪 46
2.3.4 模/数转换 51
2.4 数字信号预处理技术 54
2.4.1 常用数字滤波算法 54
2.4.2 数字信号滤波 56
2.4.3 卡尔曼滤波的应用举例——速度信号去噪 58
2.5 列车状态信息的融合 59
2.5.1 概述 59
2.5.2 信息融合的分类 60
2.5.3 信息融合的主要算法 63
2.5.4 列车状态信息的融合 65
2.6 小结 67
参考文献 68
第3章 列车控制理论基础 69
3.1 引言 69
3.2 列车动力学模型 69
3.3 异步电动机数学模型 70
3.3.1 三相异步电动机的多变量非线性数学模型 70
3.3.2 坐标变换 74
3.3.3 异步电动机在两相坐标系上的数学模型 76
3.4 牵引变流器电路拓扑及其PWM调制 80
3.4.1 两电平牵引变流器主电路 80
3.4.2 三电平牵引变流器主电路 81
3.4.3 两电平逆变器调制 81
3.4.4 三电平变流器调制 84
3.5 经典控制理论 87
3.5.1 经典控制概述 87
3.5.2 PID控制及常用算法 88
3.5.3 控制系统的稳定性分析 92
3.6 现代控制理论 94
3.6.1 状态空间描述 94
3.6.2 状态观测器 95
3.6.3 模型参考自适应控制 96
3.6.4 滑模变结构控制 99
3.6.5 最优控制 102
3.7 智能控制 108
3.7.1 智能控制概述 108
3.7.2 模糊控制 108
3.7.3 神经网络控制 111
3.8 小结 114
参考文献 114
第4章 列车传动系统网侧变流器控制 115
4.1 引言 115
4.2 网侧变流器拓扑及原理 117
4.2.1 PWM变流器分类及拓扑 117
4.2.2 网侧变流器基本原理 119
4.2.3 网侧变流器交流侧电感设计 122
4.3 网侧变流器的控制 125
4.3.1 网侧变流器的控制策略 125
4.3.2 多重化载波移相调制 130
4.3.3 锁相环控制 133
4.4 网侧变流器发展趋势 140
4.4.1 PWM变流器中信息融合的应用 140
4.4.2 基于信息融合的多目标协调优化控制 142
4.5 小结 143
参考文献 143
第5章 列车传动系统交流牵引电机控制技术 145
5.1 引言 145
5.2 交流异步电机变压变频控制特性 146
5.3 异步电机转差频率控制技术 147
5.4 异步电机矢量控制技术 149
5.4.1 转子磁场定向(MT)坐标系中交流异步电机的数学模型 149
5.4.2 磁场定向矢量控制规律分析 151
5.4.3 典型的交流异步电机矢量控制系统 152
5.5 异步电机直接转矩控制技术 154
5.5.1 异步电机基本数学模型 154
5.5.2 直接自控制技术 156
5.5.3 间接定子量控制技术 159
5.6 电机状态观测器 161
5.6.1 U-I模型 161
5.6.2 I-N模型 162
5.6.3 U-N模型 163
5.6.4 全阶状态观测器 166
5.6.5 扩展卡尔曼滤波器法 167
5.7 基于Fibonacci的效率自寻优控制策略 169
5.7.1 电机的效率模型 169
5.7.2 基于Fibonacci自寻优效率优化控制策略 169
5.8 基于状态观测器的变流器协同自适应控制策略 171
5.8.1 状态观测器 171
5.8.2 基于状态观测器的变流器协同自适应控制策略 172
5.9 无速度传感器控制技术 173
5.9.1 无速度传感器技术在轨道交通的应用特点 174
5.9.2 无速度传感器控制技术策略 175
5.10 小结 178
参考文献 178
第6章 永磁同步牵引电机控制技术 180
6.1 引言 180
6.2 永磁同步电机的数学模型 180
6.2.1 永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型 181
6.2.2 永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型 182
6.3 基于转子磁场定向的永磁同步电机控制系统 184
6.4 永磁同步电机电流控制策略 189
6.4.1 id=0控制 189
6.4.2 最大转矩/电流比控制 189
6.4.3 考虑饱和效应的永磁同步电机最大转矩/电流比控制策略 192
6.5 弱磁控制策略 195
6.6 基于内模校正永磁同步电机DeadBeat直接转矩控制 199
6.6.1 无差拍直接转矩控制原理 199
6.6.2 限定条件下的无差拍直接转矩控制 201
6.6.3 控制系统稳定性分析 202
6.6.4 内模反馈校正 203
6.7 小结 204
参考文献 205
第7章 列车黏着利用控制 206
7.1 引言 206
7.2 列车黏着基本概念及特性 207
7.2.1 黏着基本概念 207
7.2.2 黏着特性 208
7.2.3 影响列车可用黏着系数的因素 209
7.2.4 影响列车黏着利用率的因素 209
7.2.5 轮对的空转与滑行 210
7.3 提高列车黏着性能的措施 211
7.3.1 提高可用黏着系数的方法 211
7.3.2 提高黏着利用率的方法 211
7.4 列车黏着利用控制方法 212
7.4.1 再黏着控制方法 212
7.4.2 优化黏着控制方法 213
7.5 黏着利用控制的新策略与新技术 217
7.5.1 舒适度提升型控制策略 218
7.5.2 基于模糊逻辑的黏着控制技术 220
7.5.3 基于状态观测器的黏着控制技术 221
7.6 小结 223
参考文献 223
第8章 重载列车同步控制 224
8.1 引言 224
8.2 重载列车同步控制的数学基础 226
8.2.1 重载列车纵向力的数学模型 226
8.2.2 重载列车纵向力计算 227
8.2.3 列车纵向力仿真模型构建方法 231
8.2.4 基于马尔可夫决策的同步指令传输技术 234
8.2.5 制动同步控制技术 236
8.3 分布动力无线重联同步控制系统的组成 241
8.4 分布动力无线重联通信系统组成 243
8.5 分布动力无线重联控制与安全策略 243
8.6 小结 245
参考文献 246
第9章 列车通信网络基础理论 248
9.1 引言 248
9.2 列车通信网络的基本框架 249
9.2.1 列车通信网络的组成 249
9.2.2 列车通信网络的通信模式 253
9.2.3 列车通信网络的拓扑 253
9.2.4 列车通信网络的OSI模型 255
9.2.5 列车通信网络的性能评估指标 257
9.3 列车通信网络技术的发展 259
9.3.1 基于现场总线的列车通信网络 259
9.3.2 基于以太网的列车通信网络 262
9.4 列车通信网络的关键技术 263
9.4.1 实时性保障技术 263
9.4.2 可靠性保障技术 264
9.4.3 列车重构技术 264
9.5 小结 268
参考文献 268
第10章 列车通信网络技术(WTB/MVB) 270
10.1 引言 270
10.2 WTB/MVB实时性保障技术 271
10.2.1 概述 271
10.2.2 WTB/MVB实时数据传输协议 271
10.3 WTB/MVB可靠性保障技术 277
10.3.1 信号编码及差错控制 277
10.3.2 冗余技术 282
10.3.3 物理层防护与隔离 285
10.4 WTB网络自动重构技术 286
10.4.1 WTB端节点和末端节点 286
10.4.2 初运行过程 287
10.5 WTB/MVB网络管理 289
10.5.1 概述 289
10.5.2 监视功能 289
10.5.3 配置功能 289
10.5.4 维护功能 289
10.6 小结 290
参考文献 290
第11章 列车通信网络技术(ECN/ETB) 292
11.1 引言 292
11.2 实时性保障技术 293
11.2.1 概述 293
11.2.2 列车实时数据协议 294
11.2.3 服务质量保障 298
11.2.4 组播技术 300
11.3 车载实时以太网可靠性保证技术 302
11.3.1 车载实时以太网的系统架构 302
11.3.2 列车骨干网冗余 307
11.4 列车重构技术 309
11.4.1 网络初运行 309
11.4.2 跨编组通信物理寻址与功能寻址 314
11.5 车载实时以太网的安全保障技术 317
11.5.1 VLAN技术 317
11.5.2 数据安全 320
11.5.3 安全通信 321
11.6 网络管理技术 325
11.7 小结 326
参考文献 326
第12章 列车牵引控制系统平台 328
12.1 引言 328
12.2 列车网络控制系统平台 329
12.2.1 列车网络控制系统平台概述 329
12.2.2 列车网络控制系统功能单元 330
12.2.3 列车网络控制系统软件平台 338
12.2.4 列车网络控制系统工具平台 339
12.3 列车牵引变流控制平台 347
12.3.1 列车牵引变流控制平台概述 347
12.3.2 列车牵引变流控制硬件平台 351
12.3.3 列车牵引变流控制软件平台 357
12.3.4 列车牵引变流控制工具软件平台 361
12.4 小结 365
第13章 列车控制系统集成技术 366
13.1 概述 366
13.2 控制系统集成的概念 366
13.2.1 系统集成的基本原则 366
13.2.2 控制系统数据交换与集成 367
13.3 列车控制系统集成的一般过程 367
13.3.1 系统功能分解 368
13.3.2 接口定义 378
13.4 列车控制系统的可靠性预计 383
13.4.1 复杂系统可靠性预计的基本概念 384
13.4.2 系统可靠性预计理论及常用方法 384
13.4.3 可靠性预计应用实例 388
13.5 小结 390
第14章 环境与组合试验 391
14.1 引言 391
14.2 型式试验 391
14.2.1 型式试验的定义 391
14.2.2 型式试验的目的 392
14.2.3 型式试验要求 392
14.2.4 试验项目 392
14.3 标准对比分析 406
14.4 组合试验 407
14.4.1 组合试验的概念 407
14.4.2 组合试验的目的 407
14.4.3 组合试验的技术方案 408
14.5 牵引系统组合试验 409
14.5.1 概述 409
14.5.2 牵引系统组合试验的范围 409
14.5.3 牵引系统组合试验需求 410
14.5.4 牵引系统组合试验系统设计 413
14.6 小结 418
第15章 电磁兼容性测试 419
15.1 引言 419
15.2 引用文件 419
15.3 试验项目列表 420
15.4 试验端口列表 420
15.5 试验 421
15.5.1 试验条件 421
15.5.2 试验用仪器仪表及设备 422
15.5.3 性能评定 422
15.5.4 试验要求 423
15.5.5 性能验证 430
15.6 小结 431
第16章 可靠性试验 432
16.1 引言 432
16.1.1 可靠性试验的目的 432
16.1.2 可靠性试验分类 433
16.2 高加速寿命试验 436
16.2.1 目的 436
16.2.2 试验项目 436
16.2.3 试验后分析 443
16.3 环境应力筛选试验 443
16.3.1 目的 443
16.3.2 试验项目 443
16.3.3 试验后检测 445
16.4 小结 445
第17章 列车通信网络一致性测试 446
17.1 引言 446
17.2 TCN网络一致性测试 447
17.2.1 概述 447
17.2.2 TCN网络一致性测试的目的 447
17.2.3 TCN网络一致性测试的技术方案 447
17.2.4 TCN网络一致性测试的测试方法 450
17.2.5 TCN网络一致性测试系统主要参数 463
17.2.6 关键指标 464
17.3 无线通信设备的一致性测试 464
17.3.1 测试类型 464
17.3.2 测试标准 464
17.3.3 测试设备 465
17.3.4 测试项目 466
17.4 小结 475
附录A高速动车组牵引控制系统实例 477
A.1 项目背景 477
A.2 某型高速动车组试验车的总体概述 477
A.3 牵引控制系统 478
A.3.1 牵引传动系统 478
A.3.2 网络控制系统 481
A.4 系统功能 485
A.4.1 系统级控制 485
A.4.2 系统监视 487
A.4.3 系统诊断 487
A.4.4 系统检修 487
A.4.5 传动级控制 488
A.5 应用概况 492
A.5.1 总体应用环境 492
A.5.2 试验项目 492
A.5.3 平台应用 493
附录B重载重联列车牵引控制系统实例 494
B.1 项目背景 494
B.2 应用实例情况介绍 494
B.2.1 重联机车概述 494
B.2.2 机车主电路概览 496
B.2.3 牵引变流器 497
B.2.4 机车网络控制系统 498
B.3 机车无线重联同步控制系统方案 500
B.3.1 硬件配置与功能 503
B.3.2 系统功能及性能指标 508
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