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第1章 绪论1

1.1 铁路牵引动力的发展1

1.1.1 世界铁路牵引的技术历程1

1.1.2 我国铁路电力牵引技术的发展历程2

1.2 现代列车牵引传动系统原理及其控制特点5

1.2.1 列车牵引动力单元牵引传动系统6

1.2.2 列车多动力单元牵引控制14

1.2.3 列车故障诊断17

1.3 现代列车牵引控制系统的技术体系18

1.3.1 交流传动牵引控制策略与控制技术19

1.3.2 列车通信网络技术体系24

1.3.3 现代列车控制系统保障技术26

1.4 列车牵引控制技术的发展趋势29

1.4.1 目前主要的发展现状29

1.4.2 牵引控制技术的体系思想发展30

1.5 本书的安排31

参考文献32

第2章 信号检测与处理基础33

2.1 引言33

2.2 列车状态信息检测原理33

2.2.1 电压信号检测原理33

2.2.2 电流信号检测原理34

2.2.3 速度信号检测原理35

2.2.4 压力信号检测原理36

2.2.5 温度信号检测原理37

2.2.6 振动信号与加速度检测原理38

2.3 传感信号预处理技术41

2.3.1 信号变换41

2.3.2 信号放大45

2.3.3 滤波降噪46

2.3.4 模/数转换51

2.4 数字信号预处理技术54

2.4.1 常用数字滤波算法54

2.4.2 数字信号滤波56

2.4.3 卡尔曼滤波的应用举例——速度信号去噪58

2.5 列车状态信息的融合59

2.5.1 概述59

2.5.2 信息融合的分类60

2.5.3 信息融合的主要算法63

2.5.4 列车状态信息的融合65

2.6 小结67

参考文献68

第3章 列车控制理论基础69

3.1 引言69

3.2 列车动力学模型69

3.3 异步电动机数学模型70

3.3.1 三相异步电动机的多变量非线性数学模型70

3.3.2 坐标变换74

3.3.3 异步电动机在两相坐标系上的数学模型76

3.4 牵引变流器电路拓扑及其PWM调制80

3.4.1 两电平牵引变流器主电路80

3.4.2 三电平牵引变流器主电路81

3.4.3 两电平逆变器调制81

3.4.4 三电平变流器调制84

3.5 经典控制理论87

3.5.1 经典控制概述87

3.5.2 PID控制及常用算法88

3.5.3 控制系统的稳定性分析92

3.6 现代控制理论94

3.6.1 状态空间描述94

3.6.2 状态观测器95

3.6.3 模型参考自适应控制96

3.6.4 滑模变结构控制99

3.6.5 最优控制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 神经网络控制111

3.8 小结114

参考文献114

第4章 列车传动系统网侧变流器控制115

4.1 引言115

4.2 网侧变流器拓扑及原理117

4.2.1 PWM变流器分类及拓扑117

4.2.2 网侧变流器基本原理119

4.2.3 网侧变流器交流侧电感设计122

4.3 网侧变流器的控制125

4.3.1 网侧变流器的控制策略125

4.3.2 多重化载波移相调制130

4.3.3 锁相环控制133

4.4 网侧变流器发展趋势140

4.4.1 PWM变流器中信息融合的应用140

4.4.2 基于信息融合的多目标协调优化控制142

4.5 小结143

参考文献143

第5章 列车传动系统交流牵引电机控制技术145

5.1 引言145

5.2 交流异步电机变压变频控制特性146

5.3 异步电机转差频率控制技术147

5.4 异步电机矢量控制技术149

5.4.1 转子磁场定向（M -T）坐标系中交流异步电机的数学模型149

5.4.2 磁场定向矢量控制规律分析151

5.4.3 典型的交流异步电机矢量控制系统152

5.5 异步电机直接转矩控制技术154

5.5.1 异步电机基本数学模型154

5.5.2 直接自控制技术156

5.5.3 间接定子量控制技术159

5.6 电机状态观测器161

5.6.1 U-1模型161

5.6.2 1-N模型162

5.6.3 UN模型163

5.6.4 全阶状态观测器166

5.6.5 扩展卡尔曼滤波器法167

5.7 基于Fibonacci的效率自寻优控制策略169

5.7.1 电机的效率模型169

5.7.2 基于Fibonacci自寻优效率优化控制策略169

5.8 基于状态观测器的变流器协同自适应控制策略171

5.8.1 状态观测器171

5.8.2 基于状态观测器的变流器协同自适应控制策略172

5.9 无速度传感器控制技术173

5.9.1 无速度传感器技术在轨道交通的应用特点174

5.9.2 无速度传感器控制技术策略175

5.10 小结178

参考文献178

第6章 永磁同步牵引电机控制技术180

6.1 引言180

6.2 永磁同步电机的数学模型180

6.2.1 永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型181

6.2.2 永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型182

6.3 基于转子磁场定向的永磁同步电机控制系统184

6.4 永磁同步电机电流控制策略189

6.4.1 id=0控制189

6.4.2 最大转矩/电流比控制189

6.4.3 考虑饱和效应的永磁同步电机最大转矩/电流比控制策略192

6.5 弱磁控制策略195

6.6 基于内模校正永磁同步电机DeadBeat直接转矩控制199

6.6.1 无差拍直接转矩控制原理199

6.6.2 限定条件下的无差拍直接转矩控制201

6.6.3 控制系统稳定性分析202

6.6.4 内模反馈校正203

6.7 小结204

参考文献205

第7章 列车黏着利用控制206

7.1 引言206

7.2 列车黏着基本概念及特性207

7.2.1 黏着基本概念207

7.2.2 黏着特性208

7.2.3 影响列车可用黏着系数的因素209

7.2.4 影响列车黏着利用率的因素209

7.2.5 轮对的空转与滑行210

7.3 提高列车黏着性能的措施211

7.3.1 提高可用黏着系数的方法211

7.3.2 提高黏着利用率的方法211

7.4 列车黏着利用控制方法212

7.4.1 再黏着控制方法212

7.4.2 优化黏着控制方法213

7.5 黏着利用控制的新策略与新技术217

7.5.1 舒适度提升型控制策略218

7.5.2 基于模糊逻辑的黏着控制技术220

7.5.3 基于状态观测器的黏着控制技术221

7.6 小结223

参考文献223

第8章 重载列车同步控制224

8.1 引言224

8.2 重载列车同步控制的数学基础226

8.2.1 重载列车纵向力的数学模型226

8.2.2 重载列车纵向力计算227

8.2.3 列车纵向力仿真模型构建方法231

8.2.4 基于马尔可夫决策的同步指令传输技术234

8.2.5 制动同步控制技术236

8.3 分布动力无线重联同步控制系统的组成241

8.4 分布动力无线重联通信系统组成243

8.5 分布动力无线重联控制与安全策略243

8.6 小结245

参考文献246

第9章 列车通信网络基础理论248

9.1 引言248

9.2 列车通信网络的基本框架249

9.2.1 列车通信网络的组成249

9.2.2 列车通信网络的通信模式253

9.2.3 列车通信网络的拓扑253

9.2.4 列车通信网络的OSI模型255

9.2.5 列车通信网络的性能评估指标257

9.3 列车通信网络技术的发展259

9.3.1 基于现场总线的列车通信网络259

9.3.2 基于以太网的列车通信网络262

9.4 列车通信网络的关键技术263

9.4.1 实时性保障技术263

9.4.2 可靠性保障技术264

9.4.3 列车重构技术264

9.5 小结268

参考文献268

第10章 列车通信网络技术（WTB/MVB）270

10.1 引言270

10.2 WTB/MVB实时性保障技术271

10.2.1 概述271

10.2.2 WTB/MVB实时数据传输协议271

10.3 WTB/MVB可靠性保障技术277

10.3.1 信号编码及差错控制277

10.3.2 冗余技术282

10.3.3 物理层防护与隔离285

10.4 WTB网络自动重构技术286

10.4.1 WTB端节点和末端节点286

10.4.2 初运行过程287

10.5 WTB/MVB网络管理289

10.5.1 概述289

10.5.2 监视功能289

10.5.3 配置功能289

10.5.4 维护功能289

10.6 小结290

参考文献290

第11章 列车通信网络技术（ECN/ETB）292

11.1 引言292

11.2 实时性保障技术293

11.2.1 概述293

11.2.2 列车实时数据协议294

11.2.3 服务质量保障298

11.2.4 组播技术300

11.3 车载实时以太网可靠性保证技术302

11.3.1 车载实时以太网的系统架构302

11.3.2 列车骨干网冗余307

11.4 列车重构技术309

11.4.1 网络初运行309

11.4.2 跨编组通信物理寻址与功能寻址314

11.5 车载实时以太网的安全保障技术317

11.5.1 VLAN技术317

11.5.2 数据安全320

11.5.3 安全通信321

11.6 网络管理技术325

11.7 小结326

参考文献326

第12章 列车牵引控制系统平台328

12.1 引言328

12.2 列车网络控制系统平台329

12.2.1 列车网络控制系统平台概述329

12.2.2 列车网络控制系统功能单元330

12.2.3 列车网络控制系统软件平台338

12.2.4 列车网络控制系统工具平台339

12.3 列车牵引变流控制平台347

12.3.1 列车牵引变流控制平台概述347

12.3.2 列车牵引变流控制硬件平台351

12.3.3 列车牵引变流控制软件平台357

12.3.4 列车牵引变流控制工具软件平台361

12.4 小结365

第13章 列车控制系统集成技术366

13.1 概述366

13.2 控制系统集成的概念366

13.2.1 系统集成的基本原则366

13.2.2 控制系统数据交换与集成367

13.3 列车控制系统集成的一般过程367

13.3.1 系统功能分解368

13.3.2 接口定义378

13.4 列车控制系统的可靠性预计383

13.4.1 复杂系统可靠性预计的基本概念384

13.4.2 系统可靠性预计理论及常用方法384

13.4.3 可靠性预计应用实例388

13.5 小结390

第14章 环境与组合试验391

14.1 引言391

14.2 型式试验391

14.2.1 型式试验的定义391

14.2.2 型式试验的目的392

14.2.3 型式试验要求392

14.2.4 试验项目392

14.3 标准对比分析406

14.4 组合试验407

14.4.1 组合试验的概念407

14.4.2 组合试验的目的407

14.4.3 组合试验的技术方案408

14.5 牵引系统组合试验409

14.5.1 概述409

14.5.2 牵引系统组合试验的范围409

14.5.3 牵引系统组合试验需求410

14.5.4 牵引系统组合试验系统设计413

14.6 小结418

第15章 电磁兼容性测试419

15.1 引言419

15.2 引用文件419

15.3 试验项目列表420

15.4 试验端口列表420

15.5 试验421

15.5.1 试验条件421

15.5.2 试验用仪器仪表及设备422

15.5.3 性能评定422

15.5.4 试验要求423

15.5.5 性能验证430

15.6 小结431

第16章 可靠性试验432

16.1 引言432

16.1.1 可靠性试验的目的432

16.1.2 可靠性试验分类433

16.2 高加速寿命试验436

16.2.1 目的436

16.2.2 试验项目436

16.2.3 试验后分析443

16.3 环境应力筛选试验443

16.3.1 目的443

16.3.2 试验项目443

16.3.3 试验后检测445

16.4 小结445

第17章 列车通信网络一致性测试446

17.1 引言446

17.2 TCN网络一致性测试447

17.2.1 概述447

17.2.2 TCN网络一致性测试的目的447

17.2.3 TCN网络一致性测试的技术方案447

17.2.4 TCN网络一致性测试的测试方法450

17.2.5 TCN网络一致性测试系统主要参数463

17.2.6 关键指标464

17.3 无线通信设备的一致性测试464

17.3.1 测试类型464

17.3.2 测试标准464

17.3.3 测试设备465

17.3.4 测试项目466

17.4 小结475

附录A高速动车组牵引控制系统实例477

A.1 项目背景477

A.2 某型高速动车组试验车的总体概述477

A.3 牵引控制系统478

A.3.1 牵引传动系统478

A.3.2 网络控制系统481

A.4 系统功能485

A.4.1 系统级控制485

A.4.2 系统监视487

A.4.3 系统诊断487

A.4.4 系统检修487

A.4.5 传动级控制488

A.5 应用概况492

A.5.1 总体应用环境492

A.5.2 试验项目492

A.5.3 平台应用493

附录B重载重联列车牵引控制系统实例494

B.1 项目背景494

B.2 应用实例情况介绍494

B.2.1 重联机车概述494

B.2.2 机车主电路概览496

B.2.3 牵引变流器497

B.2.4 机车网络控制系统498

B.3 机车无线重联同步控制系统方案500

B.3.1 硬件配置与功能503

B.3.2 系统功能及性能指标508