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商品簡介
目次
商品簡介
本書試圖就以計算機的數字化智能化技術為核心、以列車車載通信網絡為平臺、以交流傳動理論為基礎的現代列車控制檢測與診斷技術的理論體系、技術實現和工程應用等作一個比較完整的研究與闡述。本書包括兩部，第一部《現代列車控制技術與應用》的主要內容包括檢測與控制理論基礎、交流傳動理論與技術、列車通信網絡技術、工程應用以及測試認證技術等。而第二部《現代故障診斷技術與應用》的主要內容是故障診斷技術的基礎理論與方法、可靠性工程、故障診斷的實踐應用和實驗測試結果等。兩冊書的內容有所區別，但是立足點都是列車技術與應用。
目次
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 鐵路牽引動力的發展 1
1.1.1 世界鐵路牽引的技術歷程 1
1.1.2 我國鐵路電力牽引技術的發展歷程 2
1.2 現代列車牽引傳動系統原理及其控制特點 5
1.2.1 列車牽引動力單元牽引傳動系統 6
1.2.2 列車多動力單元牽引控制 14
1.2.3 列車故障診斷 17
1.3 現代列車牽引控制系統的技術體系 18
1.3.1 交流傳動牽引控制策略與控制技術 19
1.3.2 列車通信網絡技術體系 24
1.3.3 現代列車控制系統保障技術 26
1.4 列車牽引控制技術的發展趨勢 29
1.4.1 目前主要的發展現狀 29
1.4.2牽引控制技術的體系思想發展 30
1.5 本書的安排 31
參考文獻 32
第2章 信號檢測與處理基礎 33
2.1 引言 33
2.2 列車狀態信息檢測原理 33
2.2.1 電壓信號檢測原理 33
2.2.2 電流信號檢測原理 34
2.2.3 速度信號檢測原理 35
2.2.4 壓力信號檢測原理 36
2.2.5 溫度信號檢測原理 37
2.2.6 振動信號與加速度檢測原理 38
2.3 傳感信號預處理技術 41
2.3.1 信號變換 41
2.3.2 信號放大 45
2.3.3 濾波降噪 46
2.3.4 模/數轉換 51
2.4 數字信號預處理技術 54
2.4.1 常用數字濾波算法 54
2.4.2 數字信號濾波 56
2.4.3 卡爾曼濾波的應用舉例——速度信號去噪 58
2.5 列車狀態信息的融合 59
2.5.1 概述 59
2.5.2 信息融合的分類 60
2.5.3 信息融合的主要算法 63
2.5.4 列車狀態信息的融合 65
2.6 小結 67
參考文獻 68
第3章 列車控制理論基礎 69
3.1 引言 69
3.2 列車動力學模型 69
3.3 異步電動機數學模型 70
3.3.1 三相異步電動機的多變量非線性數學模型 70
3.3.2 坐標變換 74
3.3.3 異步電動機在兩相坐標系上的數學模型 76
3.4 牽引變流器電路拓撲及其PWM調制 80
3.4.1 兩電平牽引變流器主電路 80
3.4.2 三電平牽引變流器主電路 81
3.4.3 兩電平逆變器調制 81
3.4.4 三電平變流器調制 84
3.5 經典控制理論 87
3.5.1 經典控制概述 87
3.5.2 PID控制及常用算法 88
3.5.3 控制系統的穩定性分析 92
3.6 現代控制理論 94
3.6.1 狀態空間描述 94
3.6.2 狀態觀測器 95
3.6.3 模型參考自適應控制 96
3.6.4 滑模變結構控制 99
3.6.5 最優控制 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 神經網絡控制 111
3.8 小結 114
參考文獻 114
第4章 列車傳動系統網側變流器控制 115
4.1 引言 115
4.2 網側變流器拓撲及原理 117
4.2.1 PWM變流器分類及拓撲 117
4.2.2 網側變流器基本原理 119
4.2.3 網側變流器交流側電感設計 122
4.3 網側變流器的控制 125
4.3.1 網側變流器的控制策略 125
4.3.2 多重化載波移相調制 130
4.3.3 鎖相環控制 133
4.4 網側變流器發展趨勢 140
4.4.1 PWM變流器中信息融合的應用 140
4.4.2 基于信息融合的多目標協調優化控制 142
4.5 小結 143
參考文獻 143
第5章 列車傳動系統交流牽引電機控制技術 145
5.1 引言 145
5.2 交流異步電機變壓變頻控制特性 146
5.3 異步電機轉差頻率控制技術 147
5.4 異步電機矢量控制技術 149
5.4.1 轉子磁場定向(MT)坐標系中交流異步電機的數學模型 149
5.4.2 磁場定向矢量控制規律分析 151
5.4.3 典型的交流異步電機矢量控制系統 152
5.5 異步電機直接轉矩控制技術 154
5.5.1 異步電機基本數學模型 154
5.5.2 直接自控制技術 156
5.5.3 間接定子量控制技術 159
5.6 電機狀態觀測器 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 全階狀態觀測器 166
5.6.5 擴展卡爾曼濾波器法 167
5.7 基于Fibonacci的效率自尋優控制策略 169
5.7.1 電機的效率模型 169
5.7.2 基于Fibonacci自尋優效率優化控制策略 169
5.8 基于狀態觀測器的變流器協同自適應控制策略 171
5.8.1 狀態觀測器 171
5.8.2 基于狀態觀測器的變流器協同自適應控制策略 172
5.9 無速度傳感器控制技術 173
5.9.1 無速度傳感器技術在軌道交通的應用特點 174
5.9.2 無速度傳感器控制技術策略 175
5.10 小結 178
參考文獻 178
第6章 永磁同步牽引電機控制技術 180
6.1 引言 180
6.2 永磁同步電機的數學模型 180
6.2.1 永磁同步電機在三相靜止坐標系下的數學模型 181
6.2.2 永磁同步電機在兩相旋轉坐標系下的數學模型 182
6.3 基于轉子磁場定向的永磁同步電機控制系統 184
6.4 永磁同步電機電流控制策略 189
6.4.1 id=0控制 189
6.4.2 最大轉矩/電流比控制 189
6.4.3 考慮飽和效應的永磁同步電機最大轉矩/電流比控制策略 192
6.5 弱磁控制策略 195
6.6 基于內模校正永磁同步電機DeadBeat直接轉矩控制 199
6.6.1 無差拍直接轉矩控制原理 199
6.6.2 限定條件下的無差拍直接轉矩控制 201
6.6.3 控制系統穩定性分析 202
6.6.4 內模反饋校正 203
6.7 小結 204
參考文獻 205
第7章 列車黏著利用控制 206
7.1 引言 206
7.2 列車黏著基本概念及特性 207
7.2.1 黏著基本概念 207
7.2.2 黏著特性 208
7.2.3 影響列車可用黏著系數的因素 209
7.2.4 影響列車黏著利用率的因素 209
7.2.5 輪對的空轉與滑行 210
7.3 提高列車黏著性能的措施 211
7.3.1 提高可用黏著系數的方法 211
7.3.2 提高黏著利用率的方法 211
7.4 列車黏著利用控制方法 212
7.4.1 再黏著控制方法 212
7.4.2 優化黏著控制方法 213
7.5 黏著利用控制的新策略與新技術 217
7.5.1 舒適度提升型控制策略 218
7.5.2 基于模糊邏輯的黏著控制技術 220
7.5.3 基于狀態觀測器的黏著控制技術 221
7.6 小結 223
參考文獻 223
第8章 重載列車同步控制 224
8.1 引言 224
8.2 重載列車同步控制的數學基礎 226
8.2.1 重載列車縱向力的數學模型 226
8.2.2 重載列車縱向力計算 227
8.2.3 列車縱向力仿真模型構建方法 231
8.2.4 基于馬爾可夫決策的同步指令傳輸技術 234
8.2.5 制動同步控制技術 236
8.3 分布動力無線重聯同步控制系統的組成 241
8.4 分布動力無線重聯通信系統組成 243
8.5 分布動力無線重聯控制與安全策略 243
8.6 小結 245
參考文獻 246
第9章 列車通信網絡基礎理論 248
9.1 引言 248
9.2 列車通信網絡的基本框架 249
9.2.1 列車通信網絡的組成 249
9.2.2 列車通信網絡的通信模式 253
9.2.3 列車通信網絡的拓撲 253
9.2.4 列車通信網絡的OSI模型 255
9.2.5 列車通信網絡的性能評估指標 257
9.3 列車通信網絡技術的發展 259
9.3.1 基于現場總線的列車通信網絡 259
9.3.2 基于以太網的列車通信網絡 262
9.4 列車通信網絡的關鍵技術 263
9.4.1 實時性保障技術 263
9.4.2 可靠性保障技術 264
9.4.3 列車重構技術 264
9.5 小結 268
參考文獻 268
第10章 列車通信網絡技術(WTB/MVB) 270
10.1 引言 270
10.2 WTB/MVB實時性保障技術 271
10.2.1 概述 271
10.2.2 WTB/MVB實時數據傳輸協議 271
10.3 WTB/MVB可靠性保障技術 277
10.3.1 信號編碼及差錯控制 277
10.3.2 冗余技術 282
10.3.3 物理層防護與隔離 285
10.4 WTB網絡自動重構技術 286
10.4.1 WTB端節點和末端節點 286
10.4.2 初運行過程 287
10.5 WTB/MVB網絡管理 289
10.5.1 概述 289
10.5.2 監視功能 289
10.5.3 配置功能 289
10.5.4 維護功能 289
10.6 小結 290
參考文獻 290
第11章 列車通信網絡技術(ECN/ETB) 292
11.1 引言 292
11.2 實時性保障技術 293
11.2.1 概述 293
11.2.2 列車實時數據協議 294
11.2.3 服務質量保障 298
11.2.4 組播技術 300
11.3 車載實時以太網可靠性保證技術 302
11.3.1 車載實時以太網的系統架構 302
11.3.2 列車骨干網冗余 307
11.4 列車重構技術 309
11.4.1 網絡初運行 309
11.4.2 跨編組通信物理尋址與功能尋址 314
11.5 車載實時以太網的安全保障技術 317
11.5.1 VLAN技術 317
11.5.2 數據安全 320 <>< div=""> <>
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 鐵路牽引動力的發展 1
1.1.1 世界鐵路牽引的技術歷程 1
1.1.2 我國鐵路電力牽引技術的發展歷程 2
1.2 現代列車牽引傳動系統原理及其控制特點 5
1.2.1 列車牽引動力單元牽引傳動系統 6
1.2.2 列車多動力單元牽引控制 14
1.2.3 列車故障診斷 17
1.3 現代列車牽引控制系統的技術體系 18
1.3.1 交流傳動牽引控制策略與控制技術 19
1.3.2 列車通信網絡技術體系 24
1.3.3 現代列車控制系統保障技術 26
1.4 列車牽引控制技術的發展趨勢 29
1.4.1 目前主要的發展現狀 29
1.4.2牽引控制技術的體系思想發展 30
1.5 本書的安排 31
參考文獻 32
第2章 信號檢測與處理基礎 33
2.1 引言 33
2.2 列車狀態信息檢測原理 33
2.2.1 電壓信號檢測原理 33
2.2.2 電流信號檢測原理 34
2.2.3 速度信號檢測原理 35
2.2.4 壓力信號檢測原理 36
2.2.5 溫度信號檢測原理 37
2.2.6 振動信號與加速度檢測原理 38
2.3 傳感信號預處理技術 41
2.3.1 信號變換 41
2.3.2 信號放大 45
2.3.3 濾波降噪 46
2.3.4 模/數轉換 51
2.4 數字信號預處理技術 54
2.4.1 常用數字濾波算法 54
2.4.2 數字信號濾波 56
2.4.3 卡爾曼濾波的應用舉例——速度信號去噪 58
2.5 列車狀態信息的融合 59
2.5.1 概述 59
2.5.2 信息融合的分類 60
2.5.3 信息融合的主要算法 63
2.5.4 列車狀態信息的融合 65
2.6 小結 67
參考文獻 68
第3章 列車控制理論基礎 69
3.1 引言 69
3.2 列車動力學模型 69
3.3 異步電動機數學模型 70
3.3.1 三相異步電動機的多變量非線性數學模型 70
3.3.2 坐標變換 74
3.3.3 異步電動機在兩相坐標系上的數學模型 76
3.4 牽引變流器電路拓撲及其PWM調制 80
3.4.1 兩電平牽引變流器主電路 80
3.4.2 三電平牽引變流器主電路 81
3.4.3 兩電平逆變器調制 81
3.4.4 三電平變流器調制 84
3.5 經典控制理論 87
3.5.1 經典控制概述 87
3.5.2 PID控制及常用算法 88
3.5.3 控制系統的穩定性分析 92
3.6 現代控制理論 94
3.6.1 狀態空間描述 94
3.6.2 狀態觀測器 95
3.6.3 模型參考自適應控制 96
3.6.4 滑模變結構控制 99
3.6.5 最優控制 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 神經網絡控制 111
3.8 小結 114
參考文獻 114
第4章 列車傳動系統網側變流器控制 115
4.1 引言 115
4.2 網側變流器拓撲及原理 117
4.2.1 PWM變流器分類及拓撲 117
4.2.2 網側變流器基本原理 119
4.2.3 網側變流器交流側電感設計 122
4.3 網側變流器的控制 125
4.3.1 網側變流器的控制策略 125
4.3.2 多重化載波移相調制 130
4.3.3 鎖相環控制 133
4.4 網側變流器發展趨勢 140
4.4.1 PWM變流器中信息融合的應用 140
4.4.2 基于信息融合的多目標協調優化控制 142
4.5 小結 143
參考文獻 143
第5章 列車傳動系統交流牽引電機控制技術 145
5.1 引言 145
5.2 交流異步電機變壓變頻控制特性 146
5.3 異步電機轉差頻率控制技術 147
5.4 異步電機矢量控制技術 149
5.4.1 轉子磁場定向(MT)坐標系中交流異步電機的數學模型 149
5.4.2 磁場定向矢量控制規律分析 151
5.4.3 典型的交流異步電機矢量控制系統 152
5.5 異步電機直接轉矩控制技術 154
5.5.1 異步電機基本數學模型 154
5.5.2 直接自控制技術 156
5.5.3 間接定子量控制技術 159
5.6 電機狀態觀測器 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 全階狀態觀測器 166
5.6.5 擴展卡爾曼濾波器法 167
5.7 基于Fibonacci的效率自尋優控制策略 169
5.7.1 電機的效率模型 169
5.7.2 基于Fibonacci自尋優效率優化控制策略 169
5.8 基于狀態觀測器的變流器協同自適應控制策略 171
5.8.1 狀態觀測器 171
5.8.2 基于狀態觀測器的變流器協同自適應控制策略 172
5.9 無速度傳感器控制技術 173
5.9.1 無速度傳感器技術在軌道交通的應用特點 174
5.9.2 無速度傳感器控制技術策略 175
5.10 小結 178
參考文獻 178
第6章 永磁同步牽引電機控制技術 180
6.1 引言 180
6.2 永磁同步電機的數學模型 180
6.2.1 永磁同步電機在三相靜止坐標系下的數學模型 181
6.2.2 永磁同步電機在兩相旋轉坐標系下的數學模型 182
6.3 基于轉子磁場定向的永磁同步電機控制系統 184
6.4 永磁同步電機電流控制策略 189
6.4.1 id=0控制 189
6.4.2 最大轉矩/電流比控制 189
6.4.3 考慮飽和效應的永磁同步電機最大轉矩/電流比控制策略 192
6.5 弱磁控制策略 195
6.6 基于內模校正永磁同步電機DeadBeat直接轉矩控制 199
6.6.1 無差拍直接轉矩控制原理 199
6.6.2 限定條件下的無差拍直接轉矩控制 201
6.6.3 控制系統穩定性分析 202
6.6.4 內模反饋校正 203
6.7 小結 204
參考文獻 205
第7章 列車黏著利用控制 206
7.1 引言 206
7.2 列車黏著基本概念及特性 207
7.2.1 黏著基本概念 207
7.2.2 黏著特性 208
7.2.3 影響列車可用黏著系數的因素 209
7.2.4 影響列車黏著利用率的因素 209
7.2.5 輪對的空轉與滑行 210
7.3 提高列車黏著性能的措施 211
7.3.1 提高可用黏著系數的方法 211
7.3.2 提高黏著利用率的方法 211
7.4 列車黏著利用控制方法 212
7.4.1 再黏著控制方法 212
7.4.2 優化黏著控制方法 213
7.5 黏著利用控制的新策略與新技術 217
7.5.1 舒適度提升型控制策略 218
7.5.2 基于模糊邏輯的黏著控制技術 220
7.5.3 基于狀態觀測器的黏著控制技術 221
7.6 小結 223
參考文獻 223
第8章 重載列車同步控制 224
8.1 引言 224
8.2 重載列車同步控制的數學基礎 226
8.2.1 重載列車縱向力的數學模型 226
8.2.2 重載列車縱向力計算 227
8.2.3 列車縱向力仿真模型構建方法 231
8.2.4 基于馬爾可夫決策的同步指令傳輸技術 234
8.2.5 制動同步控制技術 236
8.3 分布動力無線重聯同步控制系統的組成 241
8.4 分布動力無線重聯通信系統組成 243
8.5 分布動力無線重聯控制與安全策略 243
8.6 小結 245
參考文獻 246
第9章 列車通信網絡基礎理論 248
9.1 引言 248
9.2 列車通信網絡的基本框架 249
9.2.1 列車通信網絡的組成 249
9.2.2 列車通信網絡的通信模式 253
9.2.3 列車通信網絡的拓撲 253
9.2.4 列車通信網絡的OSI模型 255
9.2.5 列車通信網絡的性能評估指標 257
9.3 列車通信網絡技術的發展 259
9.3.1 基于現場總線的列車通信網絡 259
9.3.2 基于以太網的列車通信網絡 262
9.4 列車通信網絡的關鍵技術 263
9.4.1 實時性保障技術 263
9.4.2 可靠性保障技術 264
9.4.3 列車重構技術 264
9.5 小結 268
參考文獻 268
第10章 列車通信網絡技術(WTB/MVB) 270
10.1 引言 270
10.2 WTB/MVB實時性保障技術 271
10.2.1 概述 271
10.2.2 WTB/MVB實時數據傳輸協議 271
10.3 WTB/MVB可靠性保障技術 277
10.3.1 信號編碼及差錯控制 277
10.3.2 冗余技術 282
10.3.3 物理層防護與隔離 285
10.4 WTB網絡自動重構技術 286
10.4.1 WTB端節點和末端節點 286
10.4.2 初運行過程 287
10.5 WTB/MVB網絡管理 289
10.5.1 概述 289
10.5.2 監視功能 289
10.5.3 配置功能 289
10.5.4 維護功能 289
10.6 小結 290
參考文獻 290
第11章 列車通信網絡技術(ECN/ETB) 292
11.1 引言 292
11.2 實時性保障技術 293
11.2.1 概述 293
11.2.2 列車實時數據協議 294
11.2.3 服務質量保障 298
11.2.4 組播技術 300
11.3 車載實時以太網可靠性保證技術 302
11.3.1 車載實時以太網的系統架構 302
11.3.2 列車骨干網冗余 307
11.4 列車重構技術 309
11.4.1 網絡初運行 309
11.4.2 跨編組通信物理尋址與功能尋址 314
11.5 車載實時以太網的安全保障技術 317
11.5.1 VLAN技術 317
11.5.2 數據安全 320 <>< div=""> <>
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