粘着控制中数据处理方法地研究及实现

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1、ClassifiedIndex：TP273U．D．C：621．3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESERCHANDREALIZATIONOFDATAPROCESSININELECTRICLOCOMOTIVEADHSIONCONTROLGrade：2011Candidate：CuiXiaoyueAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeSpeciality：ControlEngineeringSupervisor：Prof．XiaoJ

2、ianMay,2014西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在‘年解密后适用本授权书；．不保密彤使用本授权书。(请在以

3、：方框内打“√”)学位论文作者签名：岱{日j[月：7、，l斗．；．／5指导老师签名：日期：训陬弓。f孓西南交通大学硕士学

4、位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)介绍了大功率机车粘着控制问题的产生和研究现状，以及数据处理环节研究的必要性和实践意义。阐述了粘着控制方法及其中的重要概念，简单介绍了工程常用滤波方法和时下应用最广泛的时频分析方法。(2)利用高级时频方法“希尔伯特黄变换”重点分析了大功率电力机车在空转发生前后时的频域特征，通过变换分解得到时域一频域．能量三维谱图，由该谱图可以直观验证空转发生前，车体在低频段即将发生空转时，会有能量快速聚集现象。由此，提出一种新的空转识别设想，即当由希尔伯特黄变换得出的

5、能量谱图中，某特定频段中的能量超过相应最大值的80％的时候，可判断为即将发生空转。(3)在实验数据基础上，设计了适合于机车实际运行的复合滤波方法，并以此为基础利用MATLAB工具箱简化设计流程并联合FPGA平台Modelsim进行联合仿真，便于导出滤波器系数及验证其性能，规范了设计流程。(4)利用MATLAB工具箱设计所得的滤波器参数，在FPGA端采取串行分布式DA算法，来实现对所设计的滤波器在FPGA平台的验证。通过设计移位寄存器、16X1地址分配模块、查找表、累加模块等，实现了16阶低通滤波器的功能并在Modelsim

6、软件中仿真验证，与在MATLAB中的仿真效果一致。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：硅!小焉日期：伽咿5．f弓西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要随着我国国民经济的快速发展，为了带动区域经济的腾飞，高速、重载机车仍然并将更大地承担起这一辉煌任务。电力机车的运行，依

7、赖于轮轨间的粘着力，有效利用粘着力，一方面能提高机车牵引效率、发挥电机功率，另一方面则能提升机车运行时的安全性和舒适性。粘着控制装置，正是针对这一问题所研发的调节保护装置。粘着控制的研究中，传感器测量的速度、转矩信号是一系列分析计算的基础。而往往这些数据中，会夹杂很多无关干扰、噪声等，为分析带来不便。本文对于空转识别部分，采用希尔伯特黄变换方法，以机车在空转时发生自激振动为理论依据，并从时频能量角度着眼，选取特定频率段、考察能量积聚的百分比，结合既有方法，共同预测空转发生的可能，从而实现提前判断。针对噪声干扰的问题，本文从

8、机车实际运行角度出发，在分析过机车速度数据后，提出一种适用于实验的滤波方法，之后再利用MATLAB所提供的工具箱可以快速便捷地设计、修改满足特定性能的滤波器，设计好参数之后通过软件配置，与FPGA平台的Modelsim软件进行联合仿真，自动生成所需系数和定点化代码。在上述环节得到滤波器系数并定点化之后，再利用串行分布式DA算法，将FPGA平台设计滤波器时相对困难的乘累加运算环节，转化为具有FPGA特点的查找表运算，在不损失速度的前提下大幅降低了芯片资源消耗，同时也降低了编程难度。仿真结果表明，所设计的滤波器性能与MATLA

9、B平台所得到的预期基本一致，从而完善了整套数据处理方法的流程。本文对希尔伯特黄变换在空转识别中的应用，以及数据处理方法在FPGA平台的尝试，是对后续粘着控制装置改进的有力探索，为后续相关研究打下了基础。算法关键词：粘着控制；空转预测；希尔伯特黄变换；联合仿真；FPGA；分布式DA西南交通大学硕士研究生学