基于PC/104的摆式列车倾摆控制系统的设计
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摘要
提高铁路旅客列车的速度和缩短旅行时间是当今世界铁路的一个重要发展方向，也是中国铁路交通发展的主要方向，是参与运输市场竞争的有力手段。由于我国幅员辽阔，有相当多的铁路处于山区，线路坡度大、曲线半径小、建设标准低，如果按照三大干线标准改造线路使之适应提速要求，铁路的改建很困难，所需人力物力不亚于修建新铁路，不适合我国目前的国情。
为了在既有线上提高列车运行速度，或在条件较好的既有线上开行高速列车，不少国家采用了摆式列车来达到这一要求。摆式列车倾摆控制系统是摆式列车技术的核心环节，是摆式列车成功运营的关键。国外摆式列车发展至今，出现了各种形式的倾摆控制系统。主动摆、在线实时数据采集和采用陀螺仪进行补偿是摆式列车倾摆控制系统的主流。
本文首先介绍了几种国外运用较为成熟的摆式列车的倾摆控制系统的模式，针对我国目前的发展情况，提出了基于PC／104总线的摆式列车倾摆控制系统的设计方案，并把现场总线控制网络LonWorks引入设计中来。
本文具体阐述了倾摆控制系统的各组成部分：检测子系统、控制子系统、以及倾摆作动子系统的功能及原理；描述了主控计算机(PC／104)和控制网络(LonWorks)之间的通信接口卡的设计；对倾摆控制系统的界面设计、数据采集程序、数字滤波程序和网络接口软件设计进行了详尽的分析；对倾摆控制系统的控制策略进行了仿真并对倾摆控制系统进行了静态调试。
通过该倾摆控制系统的设计与研究，对以后的摆式列车倾摆控制系统的设计、开发和研制打下了理论和实验基础。
To speed up passenger trains and decrease journey time are one of the targets of the world railway modernization, and also a means to increase competition in transportation market. In our country, many railway lines which were built in mountainous area have heavy gradient and curves with small radius. So it is difficult to improve them and a great amount of cost is needed in the modification of them.
The use of tilting trains can raise curving speed effectively, so some countr ies take advantage of the tilting passenger rol 1 i ng stock to speed up trains that run on existence lines. The tilting control system of ti1ting trains is the key of the ti1ting trains ' successfu1 application. There are several kinds of tilting control system of tilting trains. Positive tilting, real-time measurement and the compensation of gyroscope are the development trend of the tilting control system.
In this paper, several kinds of tilting control system were presented and analyzed. According to the development condition of the tilting control system in our country, the design of the tilting control system based on PC/104 was brought forward. The control network-LonWorks was applied to the design.
The function and principle of all components of tilting control system such as detection subsystem, control subsystem and tilting actuation subsystem were illustrated in the paper. The design of the communication interface card between PC/104 and the control network-LonWorks was set forth in the paper. The design of interface program, data collection program, digital filter program and the interface program of network were described in detail in the paper. The control strategy of the tilting control system was emulated in the paper. The tilting control system was tested in the paper.
The foundation of designing methods of real i ty ti1ting trains with tilting control system was set up, through theory research and experiment on it.
为了在既有线上提高列车运行速度，或在条件较好的既有线上开行高速列车，不少国家采用了摆式列车来达到这一要求。摆式列车倾摆控制系统是摆式列车技术的核心环节，是摆式列车成功运营的关键。国外摆式列车发展至今，出现了各种形式的倾摆控制系统。主动摆、在线实时数据采集和采用陀螺仪进行补偿是摆式列车倾摆控制系统的主流。
本文首先介绍了几种国外运用较为成熟的摆式列车的倾摆控制系统的模式，针对我国目前的发展情况，提出了基于PC／104总线的摆式列车倾摆控制系统的设计方案，并把现场总线控制网络LonWorks引入设计中来。
本文具体阐述了倾摆控制系统的各组成部分：检测子系统、控制子系统、以及倾摆作动子系统的功能及原理；描述了主控计算机(PC／104)和控制网络(LonWorks)之间的通信接口卡的设计；对倾摆控制系统的界面设计、数据采集程序、数字滤波程序和网络接口软件设计进行了详尽的分析；对倾摆控制系统的控制策略进行了仿真并对倾摆控制系统进行了静态调试。
通过该倾摆控制系统的设计与研究，对以后的摆式列车倾摆控制系统的设计、开发和研制打下了理论和实验基础。
To speed up passenger trains and decrease journey time are one of the targets of the world railway modernization, and also a means to increase competition in transportation market. In our country, many railway lines which were built in mountainous area have heavy gradient and curves with small radius. So it is difficult to improve them and a great amount of cost is needed in the modification of them.
The use of tilting trains can raise curving speed effectively, so some countr ies take advantage of the tilting passenger rol 1 i ng stock to speed up trains that run on existence lines. The tilting control system of ti1ting trains is the key of the ti1ting trains ' successfu1 application. There are several kinds of tilting control system of tilting trains. Positive tilting, real-time measurement and the compensation of gyroscope are the development trend of the tilting control system.
In this paper, several kinds of tilting control system were presented and analyzed. According to the development condition of the tilting control system in our country, the design of the tilting control system based on PC/104 was brought forward. The control network-LonWorks was applied to the design.
The function and principle of all components of tilting control system such as detection subsystem, control subsystem and tilting actuation subsystem were illustrated in the paper. The design of the communication interface card between PC/104 and the control network-LonWorks was set forth in the paper. The design of interface program, data collection program, digital filter program and the interface program of network were described in detail in the paper. The control strategy of the tilting control system was emulated in the paper. The tilting control system was tested in the paper.
The foundation of designing methods of real i ty ti1ting trains with tilting control system was set up, through theory research and experiment on it.
引文
[1] 杨国桢．国外摆式列车及其转向架的发展——摆式车体发展综述．1999，37(7)：22～27
[2] 杨国桢，程祖国．国外摆式列车及其转向架的发展(续二)——瑞典X2000型摆式列车(下)．1999，37(9)：18～21
[3] 杨国桢，张辉．国外摆式列车及其转向架的发展(续三)——意大利Pendolino摆式列车(上)，1999，37(10)：17～19
[4] 倪文波．摆式列车倾摆控制系统技术设计．摆式列车倾摆控制系统设计审查会资料．成都：西南交通大学，2000
[5] 林建辉，陈建政，张宇明．摆式列车曲线参数实时检测技术研究．西南交通大学学报．2000，35(6)：666～669
[6] 杨弘，李毅，杨明．摆式列车的技术经济研究．铁道机车车辆．2002(3)，8～10
[7] 马群生，温冬婵，赵世霞等．微计算机技术．北京：清华大学出版社，2001
[8] 余祖俊．微机检测与控制应用系统设计．北京：北方交通大学出版社，2001
[9] 洪志全，洪学海．现代计算机接口技术。北京：电子工业出版社，2002
[10] 凌志浩．从神经元芯片到控制网络．北京：北京航空航天大学出版社，2002
[11] 白同云，吕晓德．电磁兼容设计．北京：北京邮电大学出版社，2001
[12] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1996
[13] 王士元．C作图与C汉字技术．天津：天津大学出版社，1995
[14] 薛宏熙，刘素洁，刘宝琴等．MACH可编程逻辑器件及其开发工具．北京：清华大学出版社，1998
[15] 江思明．电路工程设计——Protel 99实例演练．北京：人民邮电出版社，2000
[16] 李华．MCS-51系列单片机实用接口技术．北京：北京航空航天大学出版社，1993
[17] 中泰计算机技术研究所．PM-510模入模出接口卡用户手册．
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[21] 戴小文，吴晓雄，严隽耄．摆式列车倾摆控制系统的信号处理．西南交通大学学报．2000，35(6)：647～650
[22] 奚国华，路向阳，夏寅．内燃摆式列车组的网络通信系统．西南交通大学学报．2000，35(6)：629～632
[23] 严隽耄．摆式列车的发展和应用．国内外摆式列车文集．成都：西南交通大学出版社，1998
[24] 于海生．CAN总线工业测控网络系统的设计与实现．仪器仪表学报．2001，22(1)：17～20
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[26] Thomas Nillsson. High speed tilting trains for the future．铁道部摆式列车技术研讨会会议资料(Adtranz摆式列车)，1998
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[34] 周德泽，袁南儿，应英．计算机智能监测控制系统的设计及应用．北京：清华大学出版社，2002
[35] 杨育红，涂敏，李滨．LON网络程序设计．西安：西安电子科技大学
出版社，2001
[36] 清源计算机工作室．MATLAB6.0基础及应用．北京：机械工业出版社，2001
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[44] 杨国桢，周劲松，任利慧．国外摆式列车及其转向架的发展(续五)——德国摆式列车．1999，37(10)：18～22
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[47] 翁瑞琴，宋真君，王永红，凌志浩．LonWorks总线PC智能网卡的研制．华东理工大学学报．
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