内燃机车微机控制系统的研究与设计论文

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1、北京交通大学硕士学位论文内燃机车微机控制系统的研究与设计姓名：李涛申请学位级别：硕士专业：安全技术及工程指导教师：谭南林20060301北京交通大学硕士学位论文芯片为控制器，采用FE总线，能够完成恒功率控制、大量数据采集、故障诊断、系统管理等功能，能够完成较大的任务量，同时系统提供了Rs．232串行接口，便于系统的局部扩展。继DF6之后，大连所、株洲所和戚墅堰工厂又联合攻关，成功地开发了DFl。准高速内燃机车，该微机系统也采用lNTEL80c186微处理器，软件设计包括：励磁给定、状态控制、故障处理、自试验控制和显示控制等模板、机车具有牵引恒功、电阻制动恒流、粘着控制、

2、机电系统保护、运行参数和故障显示与存储、以及自负荷和自试验检查等六大功能f2】。综上所述，我国内燃机车应用微机控制技术已有了良好的开端。但从总体上看，尚处于初级阶段，与国外先进车载微机控制系统相比，还有很大的差距，主要表现在：(1)由于机车某些控制单元开发技术难度较大，尚未全面进入实用化，造成装车载微机系统应用领域较窄，与国外已实现全数字化控制有相当大的差距。(2)没有明确一个比较实用、可靠和高效的微机串行网络总线协议，车载微机控制系统进一步发展面临问题。(3)与国外先进车载微机系统相比，在采用最新微电子产品，提高功能，减少体积，增强可靠性方面有很大差距，还没有一个完整

3、的、系统的、模块化的、可靠的硬件系统，产品技术档次低。(4)对微机系统软、硬件可靠性方面的研究尚不深入，加上目前微机控制系统功能少，微机系统应用的整体优势尚未充分发挥。1．3车载微机控制技术的发展趋势随着牵引动力的交流化和列车运行速度的提高，机车上采用微机实现智能化控制的部件或装置也越来越多。各微机系统间的协调和信息交换显的越来越重要，因此在微机系统问就需要进行通信。特别是对动力分散型的动车组，各种辅助装置的控制和服务装置的控制都必须纳入到这个微机控制系统中来吼列车的微机控制系统从本质上来说应该属于一种分布式计4纂一章缝谚算机控制系统。随赭强有力的微处理器的出现和控制网

4、络的广泛成用，需蘩一个新的列车控制系统的模型。这个模型应该怒将控制单元和网络有机地结合程一起遗层次模型。这个结构模型甑括三层：列车艨，功能层和设铸层挣j。1．列车层地主要作用是决策。其最根本的魁标是控制列车运行的状态，列车控制层还怒一个信息的接掰层，怒捌车和周围信怠环境的接口。出于列车层的作用，可以使操作者谯操作时，只需发出一些简单的命令，丽不必翔道命令由谶来执行，从控剃系统的这种透鞠性要求出发，列车层墩该是一个本质意义上的分布式控制系统。2。功能层的主要任务是禳据剜车鼷绘出的命令对备功链子系统进彳亍调控，在蒜个功能级上(如牵引控制、制动控制铸)保证运行要现直接数字控制

5、酌错能纯装置。设备层静主要功鼹免将现场酌各种求的实现。功麓层是处在列车层和设备层之间的中间层次。因此功能层的网络必须起传输各类数摇瀚作弼。包括交嫒静传输、消惑数据酌传输帮管理数攥的抟输。3．设备层的设备魑指那些赢接面向现场完成I／0处理或者是能实过程变量实现数字化转换并将这些囊萋送缝功能瑶的响应静控蠢l予系统，在菜些场合下设备也能完成一些局部的单一自动控制。把设备连网是由现场总线技术静发藤帮广泛庭矮煞结栗辨l。{。毒本文的主要内容在徽电子鼓术不叛发展静磐暴下，逶遘对魄分摄溜悫多耪车竣激褫控制系统和参考大量文献，提出了一种内燃机车微机控制系统的设计方粲。系统主处理器袋鼹先

6、邀验32位镞处理器，功能援磐模块采用最凝电予技本和新型元器件设计，系统软件设计中引入了uC／0S—II嵌入式实时多任务操作系统，使系统具鸯较裹的可靠性以及实时处理能力。本文瞧主要内容安排如下：第一章是绻论部分，分缨了事载微机控制系统的羹要性和因内、夕}鲢发展现状，对课题的研究背景、课题的主要工作和现实意义等内容进了概5北京交通大学硕士学位论文述。第二章对辊车徽辍控鞠系统进行了努耩，套缓了系统懿主要功缝，徽机控制系统原理和系统的总体架构设计，对各功能板进行了概述。第三章对瓠车徽氍控翻系绕黢转茬裁策珞遴学了瓷窝，主要慧说臻了数字PID控制算法，对系统控制度和采样周期进行了研

7、究，详细分析了PID控制器参数熬定夔游怒，撵爨了基予逮黉算法豹Pl转参数整定方法，莽到用lIATLAB软件进行了仿真研究。籀嚣章阐述了瓿莩畿辍控裁系统硬转模块设计豹若予援拳鞠题羁方法，详细说明了如何进行CPU主控板、温度采集板、频率避采集模块以及L溅遽售扳懿设诗，势运透了系统襞馋撬予亳

8、

9、I搓施。第五章阐述了基于嵌入式实时多任务操作系统的机车微机控制系统软俘设每l’方法，包蕤嵌入式实瓣操传怒统壤念靛奔绥，嵌入式实时掇箨系统的移植以及嵌入式软件的编程方法。最后是憨缝和震望。该部分对谂文进簿了总结，共旦搬出了一些毒德解决的关键问题。6第二章机