盾构运输平板车动力及控制系统设计

• 作 者: 安晓静
• 出 处: 石家庄铁道大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 盾构运输平板车 分布式动力 超级电容 以太网 遗传算法 PID控制

近年来,随着经济的快速增长,国内地铁建设迎来了发展高潮。盾构法因其施工快速、安全等优良性能被广泛用于城市地铁建设中,盾构运输平板车作为盾构施工的后配套水平输送设备,在一定程度上影响着工程施工的效率。目前,国内盾构运输平板车都采用动力集中式,即采用车头的单一大功率电机集中提供牵引力,短距离输送采用蓄电池供电。这种盾构运输平板车存在机车故障率高、充电时间久、蓄电池组重量大等缺点。本文设计一种基于以太网通信的动力分布式盾构运输平板车,即将盾构运输平板车的动力分散在每列编组上,采用超级电容储能系统供电,而车头只提供前进、后退等操作。主要工作内容如下:(1)确定盾构运输平板车的总体控制方案。对盾构运输平板车的牵引功率进行计算以确定交流电机和减速机的型号;简要介绍超级电容的工作原理,计算超级电容的容量,确定超级电容的工作电压和串并联方案。(2)对盾构运输平板车的主控制器、车载控制器和以太网通信的硬件电路进行设计:主控制器包括开关信号采集电路、加速/制动信号采集电路和LCD显示电路;车载控制器包括光耦隔离电路、电机驱动电路、电流采样电路、电压采样电路;以太网通信主要是以太网接口电路的设计。(3)介绍直接转矩控制的原理,完成异步电机直接转矩控制的仿真。在单台电机稳定运行的基础上,采用遗传算法对偏差耦合控制中的PID参数进行优化,实现分布式动力系统中的多电机同步控制,并与传统的偏差耦合控制进行比较。结果表明,基于遗传算法PID的偏差耦合控制有效减小了各电机之间的同步误差,且收敛速度快。(4)采用模块化的编程思想,对主控制器、车载控制器和以太网通信进行软件程序设计,并搭建实验平台,对硬件电路进行测试。