探索高速磁浮列车车载控制单元功能样机的设计与实现

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1、北京交通大学硕士学位论文高速磁浮列车车载控制单元功能样机的设计与实现姓名：鲍野申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：郑伟20080501中文摘要摘要：高速磁浮列车车载控制单元(oBc)是高速磁浮列车系统的重要组成部分，是车辆系统中与磁浮列车运行控制系统交换信息的枢纽，直接决定了车辆基本功能能否实现。车载控制单元的功能是配合车载安全计算机完成列车的悬浮、导向、制动、供电和车门的开启关闭等控制任务。车载控制单元接收车载安全计算机的控制信息，并向执行层发出控制命令：同时，车载控制单元提供安全状态信息，由车载

2、安全计算机读入。车载控制单元直接处理与列车安全有关的指令，是对可靠性安全性苛求的计算机控制系统，它要保证控制信息可靠安全地向执行层传递。国内对高速磁浮列车车载控制单元的研究处于起步阶段，设计的系统安全性不高，只有控制功能，没有表示功能。本文以上海磁浮线为应用背景，详细分析了车载控制单元的功能需求，在此基础上完成车载控制单元的基本功能设计和具有高安全性的冗余系统设计，结合实验室的条件研制了具有表示功能的车载控制单元功能样机，对功能样机进行了仿真验证。本文主要内容包括：第一，研究了高速磁浮列车车辆系统的概念、基本原理、

3、TR车辆的概念形成过程、TR车辆的发展过程，对车载控制单元的研究现状进行了分析，介绍了本文主要研究内容和章节安排。第二，对车载控制单元进行总体功能需求分析，研究了车载控制单元要完成的任务，应用马尔可夫过程对双机热备、三模冗余和二取二乘二系统进行了对比分析，使用MATLAB工具对三种系统的可靠度和安全度进行计算，对车载控制单元的功能样机和二取二乘二系统结构的车载控制单元进行了总体方案设计。第三，分析了执行层测控单元的功能需求，研制了实现控制、采集和通讯功能的硬件电路板，编制了实现悬浮、导向、制动等功能的执行层测控单元

4、的软件。第四，设计了基于WINCE操作系统的表示通讯机的界面，在EVC4．0开发环境下编写TCP通讯程序和串口通讯程序。最后，搭建了系统的仿真调试环境，并对功能样机进行了仿真验证。关键词：磁浮：车载控制单元；可靠性安全性；嵌入式系统分类号：U237ABSTRACTABSTRACT：High-speedmagtevtrainOBC(on-boardcontroller)isasignificantpartofHigh-SpeedMaglevSystem．ItistheinformationhingebetweenVe

5、hicleSystemandMaglevOperationControlSystemanditscapabilitydeterminewhetherthebasicfunctionofthevehicleCanbeimplementedornot．OBCworkswithVehicleSafetyComputer(vsc)toimplementtaskssuchasvehiclelevitation，orientedcontrol，brake，powersupply、doorcontrolandSOon，OBCre

6、ceivesinformationfromVSCandsendinstructiontoexecutivelayer．Atthesametime,OBCprovidessafetystatusinformationtoVSC．OBCprocessesordersinterrelatedwithsecurity,SOitisreliabilityandsafetycriticalcomputer-controlledsystemandguaranteesthattheinformationcouldsendtoexe

7、cutivelayerreliably．ThedomesticresearchofOBCisstillatinitialstageandthesecuritycapabilityislow．Anditonlyhascontrolfunctionwithoutdisplayfunction．ThefunctionalrequirementsareanalyzedbasedontheapplicationoftheShanghaihigh—speedmaglev．Thenthebasicfunctionwasstudi

8、edandhigh·securityredundancystructureofOBCwasdesigned．AOBCprincipleprototypewithdisplayfunctionWasdevelopedandverified．Theresearchisfocusedonthefollowings：Firstly,dementsofTRvehicl