CN103676672A - 一种高速列车电气系统仿真平台 - Google Patents

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刘建强
林飞
魏远乐
王竟飞
邵天骢
郭怀龙
宋强
赵治博
刘绍凯
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Abstract

本发明涉及一种高速列车电气系统仿真平台，包括：主设备工控机，用于通过通信网络向若干从设备工控机发送控制指令；若干从设备工控机，用于通过通信网络接收控制指令，分别建立对应的电气系统子系统的仿真模型，并输出仿真结果。本发明由主设备工控机分别通过任意一种通信网络系统与若干从设备工控机进行数据通信，实现高速列车网络控制系统中各功能子系统及其受控子系统的功能模型仿真，具有良好的仿真可视化性与交互性，且该平台运行稳定，可为高速列车的系统设计、单元功能验证提供良好的测试平台，能满足科研和实验的需要，适用性较强。

Description

一种高速列车电气系统仿真平台
技术领域
本发明涉及一种仿真平台，尤其涉及一种高速列车电气系统仿真平台。
背景技术
随着高速铁路的快速发展，对高速列车的需求逐渐增大，各种不同的运行线路及其运行环境对高速列车性能提出了不同的要求，因此对高速列车牵引传动系统、制动系统、辅助供电系统等电气系统综合仿真设计平台进行有效、可信的建立与稳定运行变得迫在眉睫。通过仿真模拟高速列车内外部运行环境，研究高速列车动力配置，性能参数的设计，进而指导高速列车牵引传动系统、制动系统、辅助供电系统等电气系统综合仿真的设计和优化。
目前，国内还没有关于高速列车电气系统相关的半实物仿真平台的相关技术和研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是搭建一种能够真实反映高速列车电气系统结构和功能模拟的仿真平台，通过该平台，期望在节约成本的基础上更好地研究高速列车控制的性能和效果，能够在高速列车的系统原理研究、系统设计验证等方面发挥作用。
为此目的，本发明提出了一种高速列车电气系统仿真平台，包括：主设备工控机和若干从设备工控机；
所述主设备工控机，用于通过通信网络向所述若干从设备工控机发送控制指令；
所述若干从设备工控机，用于通过所述通信网络接收所述控制指令，分别运行对应的电气系统子系统的仿真模型，并输出仿真结果。
具体地，所述控制指令包括牵引手柄级位控制指令和速度手柄级位控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述牵引手柄级位控制指令和所述速度手柄级位控制指令后，运行牵引传动系统仿真模型，并输出结果。
具体地，所述控制指令包括制动手柄级位控制指令和速度手柄级位控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述制动手柄级位控制指令和所述速度手柄级位控制指令后，运行制动系统仿真模型，并输出结果。
具体地，所述控制指令包括主断路器控制指令和升降弓控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述主断路器控制指令和所述升降弓控制指令后，运行高压电气系统仿真模型，并输出结果。
具体地，所述控制指令包括辅助系统开关控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述辅助系统开关控制指令后，运行辅助供电系统仿真模型，并输出结果。
具体地，所述控制指令包括音频视频控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述音频视频控制指令后，运行旅客信息系统仿真模型，并输出结果。
具体地，所述控制指令包括门控控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述门控控制指令后，运行车门系统仿真模型，并输出结果。
具体地，所述控制指令包括空调操作控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述空调操作控制指令后，运行暖通空调控制系统仿真模型，并输出结果。
具体地，所述控制指令包括虚拟驾驶控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述虚拟驾驶控制指令后，列车三维虚拟驾驶显示平台开始仿真，并输出结果。
具体地，所述控制指令包括牵引计算控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述牵引计算控制指令后，列车牵引计算仿真平台开始仿真，并输出结果。
通过采用本发明所公开一种高速列车电气系统仿真平台，由主设备工控机分别通过任意一种通信网络系统与若干从设备工控机进行数据通信，实现高速列车网络控制系统中各功能子系统及其受控子系统的功能模型仿真，具有良好的仿真可视化性与交互性，且该平台运行稳定，可为高速列车的系统设计、单元功能验证提供良好的测试平台，能满足科研和实验的需要，适用性较强。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明实施例中的一种高速列车电气系统仿真平台结构图；
图2示出了本发明实施例中的一种高速列车电气系统仿真平台的各个系统组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例中一种高速列车电气系统仿真平台结构图。
主设备工控机10，用于通过通信网络向若干从设备工控机发送控制指令。
具体地，所利用通信网络包括但不限于MVB（MultifunctionVehicle Bus，多功能车辆总线）通信网络系统以及ETH（ETHNET，以太网）通信网络系统。其中，MVB为高速列车通信网TCN（TrainCommunication Network，列车通信网络）的一部分，对于MVB通信网络系统，需要建立仿真平台的MVB模型，以实现仿真平台MVB通信网络系统的驱动和网络配置，配置参数包括设备地址、端口地址、变量配置、消息配置以及宿端口等。
进一步地，本发明利用MVB通信网络系统与ETH通信网络系统相结合的方法，即可实现通过MVB通信网络系统传输指令及数据的稳定性，又可实现通过ETH通信网络系统传输指令及数据的快速性。
若干从设备工控机，用于通过通信网络接收控制指令，分别运行对应的电气系统子系统的仿真模型，并输出仿真结果。
其中，电气系统子系统包括高压电气系统21、牵引传动系统22、制动系统23、旅客信息系统24、暖通空调系统25、车门系统26以及辅助供电系统27。
具体地，如图1所示，从设备工控机20接收牵引手柄级位控制指令和速度手柄级位控制指令后，运行如图2所示的牵引传动系统22仿真模型，并输出结果。其中，输出结果为牵引传动系统中的网压、网流、中间直流电压、电机电流、转矩和速度曲线。
从设备工控机30接收制动手柄级位控制指令和速度手柄级位控制指令后，运行如图2所示的制动系统23仿真模型，并输出结果。其中，输出结果为制动距离、给定制动缸压力、制动加速度、制动缸压力和列车速度曲线。
从设备工控机40接收辅助系统开关控制指令后，运行如图2所示的辅助供电系统27仿真模型，并输出结果，即输出辅助供电系统27电压波形；从设备工控机40接收音频视频控制指令后，运行如图2所示的旅客信息系统24仿真模型，并输出结果，即当接收到旅客信息系统24中的音频视频指令时，就会模拟高速列车上的PIS（Passenger Information System，乘客信息系统），实现播放视频音频功能；从设备工控机40接收门控控制指令后，运行如图2所示的车门系统26仿真模型，并输出结果，即可以进行左、右侧开关门操作；从设备工控机40接收空调操作控制指令后，运行如图2所示的暖通空调控制系统25仿真模型，并输出结果，即可模拟对高速列车各个车厢进行空调温度调节、模拟是否需要紧急通风操作。
进一步地，旅客信息系统24、暖通空调系统25、车门系统26以及辅助供电系统可以分别运行在不同的从设备工控机上，也可以运行在同一从设备工控机上。
从设备工控机50接收虚拟驾驶控制指令后，列车三维虚拟驾驶显示台开始仿真，并输出结果；从设备工控机50接收牵引计算控制指令后，列车牵引计算仿真平台开始仿真，并输出结果。
具体地，在本发明中，从设备工控机50同时运行两个仿真程序，即列车三维虚拟驾驶显示平台28与列车牵引计算仿真平台29，为了便于显示查看，我们利用了两个显示器对上述的两个显示平台进行显示。
进一步地，在列车三维虚拟驾驶显示平台28上，从设备工控机50接收虚拟驾驶控制指令，即显示高速列车运行状态，其中高速列车运行状态包括但不限于蓄电池、受电弓、主断路器、运行速度、道路坡度等信息。
进一步地，在列车牵引计算仿真平台29上，从设备工控机50接收牵引计算控制指令，其中，牵引计算控制指令包括高速列车动拖比设置、最高运行速度设置，通过实时计算，即可实时显示的列车运行速度、运行里程、加速度、合力等信息。除此之外，还可以通过列车牵引计算仿真平台29查看到高速列车整个运行过程中的运行时分曲线，例如：v-s图以及t-s图、高速列车牵引特性曲线图和制动特性曲线图等。
进一步地，主设备工控机10也可以用于运行电气系统子系统的仿真模型，并输出仿真结果，即接收主断路器控制指令和升降弓控制指令后，运行如图2所示的高压电气系统21仿真模型，并输出结果。
可以理解的是，上述子系统与从设备工控机可为一一对应关系，即每个子系统运行在所指定的相对应的每台从设备工控机上，也可以子系统与从设备工控机为多对一对应关系，即多个子系统运行在所指定的一台从设备工控机上。
进一步地，可以理解的是，本发明仅为高速列车电气系统仿真平台的一个示例，上述子系统包括但不限于本发明书提及的子系统；主设备工控机以及从设备工控机的布置数量也不限于本发明上述所述示例。
本发明提供一种高速列车电气系统仿真平台，由主设备工控机分别通过任意一种通信网络系统与若干从设备工控机进行数据通信，实现高速列车网络控制系统中各功能子系统及其受控子系统的功能模型仿真，具有良好的仿真可视化性与交互性，且该平台运行稳定，可为高速列车的系统设计、单元功能验证提供良好的测试平台，能满足科研和实验的需要，适用性较强。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，包括：主设备工控机和若干从设备工控机；
所述主设备工控机，用于通过通信网络向所述若干从设备工控机发送控制指令；
所述若干从设备工控机，用于通过所述通信网络接收所述控制指令，分别运行对应的电气系统子系统的仿真模型，并输出仿真结果。
2.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括牵引手柄级位控制指令和速度手柄级位控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述牵引手柄级位控制指令和所述速度手柄级位控制指令后，运行牵引传动系统仿真模型，并输出结果。
3.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括制动手柄级位控制指令和速度手柄级位控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述制动手柄级位控制指令和所述速度手柄级位控制指令后，运行制动系统仿真模型，并输出结果。
4.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括主断路器控制指令和升降弓控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述主断路器控制指令和所述升降弓控制指令后，运行高压电气系统仿真模型，并输出结果。
5.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括辅助系统开关控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述辅助系统开关控制指令后，运行辅助供电系统仿真模型，并输出结果。
6.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括音频视频控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述音频视频控制指令后，运行旅客信息系统仿真模型，并输出结果。
7.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括门控控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述门控控制指令后，运行车门系统仿真模型，并输出结果。
8.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括空调操作控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述空调操作控制指令后，运行暖通空调控制系统仿真模型，并输出结果。
9.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括虚拟驾驶控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述虚拟驾驶控制指令后，列车三维虚拟驾驶显示平台开始仿真，并输出结果。
10.根据权利要求1所述的高速列车电气系统仿真平台，其特征在于，所述控制指令包括牵引计算控制指令，当所述若干从设备工控机之一接收所述牵引计算控制指令后，列车牵引计算仿真平台开始仿真，并输出结果。
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