[发明专利]高速列车牵引传动控制系统实时故障仿真平台

说明书

本发明公开了一种高速列车牵引传动控制系统实时故障仿真平台，包括实时仿真器、故障注入单元FIU、实物牵引传动控制单元TCU、实时数据采集与监控单元等4个部分。实时仿真器包括PC‑dSPACE与实时仿真软件，用于牵引传动控制系统中各部件的正常模型与故障模型仿真，以及实时仿真监控；故障注入单元FIU包括虚拟与实物两个部分，用于在信号层面实现对牵引传动控制系统中的各部件各类故障的故障注入和电平转换；实物牵引传动控制单元TCU用于实现反馈信号解算，控制信号PWM的产生，以及对牵引传动控制系统的保护功能；实时数据采集与监控单元，用于实时仿真状态监控，以及对整个平台的数据监测、存储控制、历史数据查看等功能。

技术领域

本发明涉及一种实时故障仿真平台，尤其涉及高速列车牵引传动控制系统实时故障仿真平台，属于高速列车牵引传动控制系统半实物仿真、故障注入和信号处理等领域。

背景技术

随着高速列车在世界范围内的大规模应用，其关键系统的安全运行已成为高速列车运行于与发展的首要问题。作为关键系统之一，牵引传动控制系统TCS是高速列车的主要动力来源，也是高发故障的主要来源之一，直接关系到高速列车的安全稳定运行。因此，针对TCS的故障诊断、故障预测与容错等安全性相关技术成为研究的热点。应用验证平台是故障诊断技术研究不可或缺的手段，如无法对故障的发生及其对整个系统运行状况的影响进行注入/模拟，将令故障诊断等相关理论的实际应用受到极大的限制。

半实物仿真平台是应用验证平台中的一项重要技术，它提供了一种仿真形式，即平台中的仿真对象存在实物与数学模型的交互仿真，因快速、高精度而被广泛运用到汽车、船舶、飞行器等动力系统的测试与验证过程中。通过搭建半实物仿真平台，能够避免在真实环境中进行测试，从而降低测试成本。国内现有的高速列车牵引传动控制系统半实物仿真平台都针对系统的正常运行行为进行实时仿真，仅可离线、手动简单模拟仿真某些部件内的异常工况，且以测试牵引传动控制单元TCU的功能为主要目的，并不涉及对牵引传动控制系统进行系统/子系统级的故障注入与模拟，即无法对牵引传动控制系统的故障运行行为进行实时仿真。

因此，如何构建实时故障注入/模拟模式下，高速列车牵引传动控制系统的半实物仿真平台，包括如何构建适于高速列车牵引传动控制系统的正常运行行为半实物仿真平台结构，且能够实现故障注入单元FIU在半实物仿真平台中的功能，是本发明拟解决的关键问题。

发明内容

本发明提供一种可靠、安全、逼近真实地模拟高速列车牵引传动控制系统正常运行行为与故障运行行为的实时仿真平台。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高速列车牵引传动控制系统实时故障仿真平台，能够对高速列车牵引传动控制系统的正常运行行为与故障运行行为进行仿真。所述高速列车牵引传动控制系统包括牵引变压器、牵引变流器(整流器、中间直流回路与逆变器)、牵引电机、传感器、牵引传动控制单元TCU等部件。其特征在于，实时故障仿真平台包括实时仿真器、故障注入单元FIU、实物牵引传动控制单元TCU、实时数据采集与监控单元等4个部分；所述实时仿真器包括PC-dSPACE与实时仿真软件，用于牵引传动控制系统中各部件正常模型与故障模型的仿真，以及实时仿真监控；所述故障注入单元FIU包括虚拟与实物两个部分，用于在信号层面实现对牵引传动控制系统中各部件各类故障的故障注入和电平转换；所述实物牵引传动控制单元TCU用于实现反馈信号解算，控制信号PWM的产生，以及对牵引传动控制系统的保护功能；所述实时数据采集与监控单元，用于实时仿真状态监控，以及对整个平台的数据监测、存储控制、历史数据查看等功能。

优选地，实时仿真器包括PC-dSPACE与实时仿真软件，用于牵引传动控制系统中各部件正常模型与故障模型的仿真，以及实时仿真监控；

具体地，PC-dSPACE中包括DS1007 CPU板、DS5203 FPGA板、DS4004数字I/O板、DS2103多通道高精度的D/A板，用于牵引传动控制系统中各部件正常模型与故障模型的仿真；