轨道车辆牵引系统的辅助设计系统和设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种轨道车辆牵引系统的辅助设计系统和设计方法，包括数据库模块，用于存储在设计过程中确定的牵引系统各个部件的电气容量、性能参数；部件功能模型库模块，用于存储和加载牵引系统主要部件的稳态和动态模型；结构配置设计模块，在辅助设计系统中录入车辆运行的指标要求，辅助设计系统根据车辆运行指标要求加载牵引系统各个部件的稳态模型，计算出各个部件的电气容量和性能参数并存入数据库模块，设计人员根据各个部件的电气容量和性能参数设计出牵引系统的拓扑结构。本发明能够使设计人员在设计过程中，随时掌握所设计的牵引系统的稳态和动态性能，可以有效的指导设计人员的工作，使设计人员设计出更好的方案。
【专利说明】轨道车辆牵引系统的辅助设计系统和设计方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种辅助设计系统和设计方法，特别涉及一种轨道车辆牵引系统的辅助设计系统和设计方法。
【背景技术】
[0002]为适应用户市场的多元化需求，要求高速轨道车辆牵引系统的设计能够及时满足列车性能的变化，因此新的设计方案需要考虑系统稳态性能和动态性能。在实际设计过程中，难以及时获悉牵引系统关键部件的温升、转矩脉动等动态性能，制约了设计人员提出更好的设计方案。
【发明内容】
[0003]本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种能够为设计人员提供牵引系统各个部件稳态和动态性能，辅助设计人员完成更好的设计方案的轨道车辆牵引系统的辅助设计系统。
[0004]本发明的另一个主要目的在于提供一种轨道车辆牵引系统的设计方法。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0006]一种轨道车辆牵引系统的辅助设计系统，包括数据库模块，用于存储在设计过程中确定的牵引系统各个部件的电气容量、性能参数；部件功能模型库模块，用于存储和加载牵引系统主要部件的稳态和动态模型；结构配置设计模块，用于人机交互，在所述辅助设计系统中录入车辆运行的指标要求，辅助设计系统根据车辆运行指标要求加载牵引系统各个部件的稳态模型，计算出各个部件的电气容量和性能参数并存入数据库模块，设计人员根据各个部件的电气容量和性能参数设计出牵引系统的拓扑结构。
[0007]进一步，在结构配置设计模块录入牵引系统的拓扑结构，所述辅助设计系统自动识别所述拓扑结构，所述辅助设计系统根据所述拓扑结构和数据库模块内所确定的各个部件的电气容量和性能参数，加载各个部件的动态模型，对各个部件进行动态仿真，确定各个部件的电气性能变化。
[0008]进一步，还包括算法库模块，用于存储牵引系统主要部件的主要控制策略，当所述辅助设计系统加载各个部件的动态模型时，设计人员在算法库模块中选择一种控制策略，所述辅助设计系统根据该控制策略对牵引系统的主要部件进行仿真计算。
[0009]进一步，主要部件为整流器和逆变器。 [0010]进一步，结构配置设计模块为图形化编辑模块，在所述辅助设计系统的输入界面以各个部件的图标完成各个部件以及牵引系统拓扑结构的编辑录入。
[0011]本发明的另一个技术方案是:
[0012]一种应用上述的辅助设计系统的设计方法，包括如下步骤:
[0013]步骤1，在所述辅助设计系统中录入车辆运行的指标要求；
[0014]步骤2，辅助设计系统根据所述车辆运行的指标要求，加载牵引系统各个部件的稳态模型，计算出各个部件的电气容量和性能参数；
[0015]步骤3，设计人员依据计算出的各个部件的电气容量和性能参数，设计牵引系统的拓扑结构。
[0016]进一步，在所述步骤2中，辅助设计系统将计算出各个部件的电气容量和性能参数，编号后存入数据库模块。
[0017]进一步，在所述步骤3后增加一个步骤，设计人员将设计好的牵引系统拓扑结构通过结构配置设计模块录入，辅助设计系统自动识别所述拓扑结构，并根据拓扑结构和从数据库模块调取的各个部件电气容量和性能参数，加载各个部件的动态模型，对各个部件进行动态仿真，确定各个部件的电气性能变化。
[0018]进一步，当设计人员需要辅助设计系统加载各个部件的动态模型时，设计人员在算法库模块中选择一种控制策略，所述辅助设计系统根据该控制策略对牵引系统的整流器和逆变器进行仿真计算。
[0019]综上内容，本发明所述的一种轨道车辆牵引系统的辅助设计系统和设计方法，可加载稳态模型确定各个部件的电气容量和性能参数，为设计人员提供了依据。通过自动识别录入的牵引系统拓扑结构，加载动态模型，仿真列车运行过程，使设计人员能够了解到所设计的牵引系统的动态性能，以便修改完善所做的设计。本发明能够使设计人员在设计过程中，随时掌握所设计的牵引系统的稳态和动态性能，可以有效的指导设计人员的工作，提高设计人员的工作效率，使设计人员设计出更好的方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明牵引系统中主要部件的结构示意图；
[0021]图2是本发明辅助设计系统的结构示意图；
[0022]图3是本发明结构配置设计模块的界面示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0024]如图1所示，轨道车辆的牵引系统主要包括输入电源、牵引变压器、整流器、逆变器、牵引电机等。牵引系统将车顶引入的高压电通过牵引变压器降压，通过整流器、逆变器变频变压后，以可控、恰当的方式输送到牵引电机，牵引电机牵引车辆运行。
[0025]如图2所示，轨道车辆牵引系统的辅助设计系统，用于辅助设计人员对牵引系统的设计，主要包括数据库模块、部件功能模型库模块、算法库模块和结构配置设计模块。
[0026]结构配置设计模块，是用于人机交互的模块，在辅助设计系统的输入界面上，设计人员将初步设计好的牵引系统各个部件以及各个部件的拓扑结构录入。
[0027]部件功能模型库模块，用于存储和加载牵引系统各个部件稳态和动态模型，具体的讲，是牵引变压器、整流器、逆变器、牵引电机的稳态和动态模型。在不同的设计阶段，可根据设计人员不同的需求，分别加载各个部件的稳态和动态模型。
[0028]数据库模块，用于存储现有的典型牵引系统设计方案；在设计工程中所确定的牵引系统各个部件的电气容量、性能参数，依照设计人员多个不同的设计方案被编号后逐个存入；以及设计人员输入的不同列车运行性能指标等。[0029]算法库模块，用于存储并提供牵引系统中主要部件的主要控制策略，主要部件为整流器和逆变器，控制策略如PID、模糊控制等。通常默认一种控制策略，也可根据要求，设计人员自行选择。
[0030]在牵引系统设计过程中，根据列车运行性能指标要求，需要确定整个系统结构拓扑结构，牵引变压器、整流器、逆变器和牵引电机等的电气容量及其主要电气参数。
[0031]在设计初期，设计人员将列车的性能要求、运行指标，如时速等录入到辅助设计系统中，辅助设计系统根据列车运行指标要求，加载牵引系统各个部件的稳态模型。
[0032]通过计算，辅助设计系统确定各个部件的电气容量和性能参数，编号后存入数据库模块，设计人员以计算出的各个部件的电气容量、性能参数作为依据，进行牵引系统拓扑结构的设计、以及部件选型等工作。
[0033]当设计人员需要了解所设计的牵引系统的综合性能时，设计人员通过结构配置设计模块，将设计好的牵引系统拓扑结构录入，辅助设计系统自动识别录入的拓扑结构。
[0034]设计人员在辅助设计系统中操作，辅助设计系统根据拓扑结构和数据库模块内所确定的各个部件的电气容量和性能参数，加载各个部件的动态模型，对各个部件进行动态仿真，确定各个部件的电气性能变化，设计人员可根据需要，随时了解牵引系统中各个部件的电气性能。
[0035]各个部件的电气性能主要包括:变压器电压、电流、温升；变流器输入和输出电压、电流、温升；中间直流缓解电压、电流；逆变器输入和输出电压、电流、温升；牵引电机定、转子电压、电流、转速、转矩、温升、磁链等。
[0036]而对于牵引系统中的整流器和逆变器，当设计人员需要辅助设计系统加载各个部件的动态模型时，设计人员可以从算法库模块中选取一个控制策略，辅助设计系统根据所选取的控制策略，对整流器和逆变器进行动态仿真计算。可分别选取不同的控制策略来完成不同的动态仿真，进行比较。
[0037]通过上述部件电气性能在仿真模拟中的变化情况，设计人员可以此为依据，判断所确定的各个部件电气容量、性能参数等是否符合列车运行所需，对所设计的牵引系统做调整完善，从而设计出更好的牵引系统方案。
[0038]如图3所示，结构配置设计模块采用图形化编辑录入方式，在附图设计系统的输入界面上，以各个部件的图标完成各个部件以及牵引系统拓扑结构的编辑录入。
[0039]图3右侧为元件库，可供设计人员选择录入的元件，图3左侧为所设计的一种牵引系统的拓扑结构。
[0040]一种应用上述的辅助设计系统的设计方法，包括如下步骤:
[0041]步骤1，设计人员在辅助设计系统中录入车辆运行的指标要求。
[0042]步骤2，辅助设计系统根据所述车辆运行的指标要求，加载牵引系统各个部件的稳态模型，计算出各个部件的电气容量和性能参数，编号后存入数据库模块。
[0043]步骤3，设计人员依据计算出的各个部件的电气容量和性能参数，设计牵引系统的拓扑结构。
[0044]步骤4，设计人员将设计好的牵引系统拓扑结构通过结构配置设计模块录入，辅助设计系统自动识别所述拓扑结构，并根据拓扑结构和从数据库模块调取的各个部件电气容量和性能参数，加载各个部件的动态模型，对各个部件进行动态仿真，确定各个部件的电气性能变化。当设计人员需要辅助设计系统加载各个部件的动态模型时，设计人员在算法库模块中选择一种控制策略，辅助设计系统根据该控制策略对牵引系统的整流器和逆变器进行仿真计算。
[0045]综上所述，本发明所述的轨道车辆牵引系统的辅助设计系统和设计方法，通过加载部件的稳态模型，计算出各个部件的电气容量和性能参数等，为设计人员提供了设计依据。通过自动识别拓扑结构，加载各个部件的动态模型，对牵引系统性能综合性能进行仿真，使设计人员在设计过程中，通过本辅助设计系统能够比较全面了解牵引系统综合性能，从而提出更好的牵引系统设计方案。
[0046]如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种轨道车辆牵引系统的辅助设计系统，其特征在于:包括数据库模块，用于存储在设计过程中确定的牵引系统各个部件的电气容量、性能参数；部件功能模型库模块，用于存储和加载牵引系统主要部件的稳态和动态模型；结构配置设计模块，用于人机交互，在所述辅助设计系统中录入车辆运行的指标要求，辅助设计系统根据车辆运行指标要求加载牵引系统各个部件的稳态模型，计算出各个部件的电气容量和性能参数并存入数据库模块，设计人员根据各个部件的电气容量和性能参数设计出牵引系统的拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆牵引系统的辅助设计系统，其特征在于:在结构配置设计模块录入牵引系统的拓扑结构，所述辅助设计系统自动识别所述拓扑结构，所述辅助设计系统根据所述拓扑结构和数据库模块内所确定的各个部件的电气容量和性能参数，加载各个部件的动态模型，对各个部件进行动态仿真，确定各个部件的电气性能变化。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆牵引系统的辅助设计系统，其特征在于:还包括算法库模块，用于存储牵引系统主要部件的主要控制策略，当所述辅助设计系统加载各个部件的动态模型时，设计人员在算法库模块中选择一种控制策略，所述辅助设计系统根据该控制策略对牵引系统的主要部件进行仿真计算。
4.根据权利要求3所述的轨道车辆牵引系统的辅助设计系统，其特征在于:所述主要部件为整流器和逆变器。
5.根据权利要求1所述的轨道车辆牵引系统的辅助设计系统，其特征在于:所述结构配置设计模块为图形化编辑模块，在所述辅助设计系统的输入界面以各个部件的图标完成各个部件以及牵弓I系统拓扑结构的编辑录入。
6.一种应用权利要求1至5任一项所述的辅助设计系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，在所述辅助设计系统中录入车辆运行的指标要求； 步骤2，辅助设计系统根据所述车辆运行的指标要求，加载牵引系统各个部件的稳态模型，计算出各个部件的电气容量和性能参数； 步骤3，设计人员依据计算出的各个部件的电气容量和性能参数，设计牵引系统的拓扑结构。
7.根据权利要求6所述的轨道车辆牵引系统的设计方法，其特征在于:在所述步骤2中，辅助设计系统将计算出各个部件的电气容量和性能参数，编号后存入数据库模块。
8.根据权利要求7所述的轨道车辆牵引系统的设计方法，其特征在于:在所述步骤3后增加一个步骤，设计人员将设计好的牵引系统拓扑结构通过结构配置设计模块录入，辅助设计系统自动识别所述拓扑结构，并根据拓扑结构和从数据库模块调取的各个部件电气容量和性能参数，加载各个部件的动态模型，对各个部件进行动态仿真，确定各个部件的电气性能变化。
9.根据权利要求8所述的轨道车辆牵引系统的设计方法，其特征在于:当设计人员需要辅助设计系统加载各个部件的动态模型时，设计人员在算法库模块中选择一种控制策略，所述辅助设计系统根据该控制策略对牵引系统的整流器和逆变器进行仿真计算。
【文档编号】G06F17/50GK103631984SQ201310382572
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】余进, 邓小军, 刘韶庆, 徐跃, 姚非, 刘先恺, 王晗, 王军 申请人:南车青岛四方机车车辆股份有限公司