新型动车组塞拉门控制器设计与研制

发布时间：2017-09-15 00:04

  本文关键词：新型动车组塞拉门控制器设计与研制

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【摘要】：近年来,随着我国轨道交通产业的迅速发展,高速列车已经成为人们出行搭乘的重要交通工具。目前,我国自主研制的标准动车组都将采用塞拉门系统,现阶段的塞拉门系统主要依靠进口,没有独立自主的知识产权。因此,研制适合我国国情的塞拉门控制系统将有重要的意义。本课题源于江苏省政策引导类计划前瞻性联合研究项目—塞拉门项目(项目编号BY2015064-03),根据项目需求,本文研制了新型动车组塞拉门门控器。该门控器以飞思卡尔K60型MCU为主控制器,并采用CPLD作为辅助控制器。主要实现了电机控制、逻辑控制、网络通讯与故障诊断等功能。本文研究的主要内容如下:首先简述了塞拉门控制系统的功能需求,根据需求提出设计方案,包括无刷直流电机的控制方案,逻辑控制功能的实现方案,网络通信与故障诊断方案。其次根据系统功能需求进行了硬件电路设计,主要包括主控制器电路、CPLD电路、外部存储与时钟电路、模拟量检测电路、驱动电路、通信电路和显示电路。然后在硬件设计的基础上进行了软件设计,软件设计包括三个部分,分别为主控制器程序、CPLD程序和主控制器的引导加载程序。其中主控制程序按功能划分,将程序分为若干功能,包括输出与显示功能、输入功能、电机控制功能、故障处理功能、逻辑处理功能、基于USB的PTU通信维护功能、MVB通信功能、CAN通信功能和以太网通信功能。最后对硬件电路进行测试,并在塞拉门模拟装置上,进行联合调试,根据实际情况,对软件进行优化,经过多次模拟实验,本文设计的塞拉门控制器能够很好的实现车门的控制和网络通讯等功能。
【关键词】：塞拉门 控制器 MCU 无刷直流电机 通信
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U266
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 动车组车门系统的研究现状及趋势11-12
• 1.2.1 国内外研究现状11-12
• 1.2.2 发展趋势12
• 1.3 本文研究内容12-13
• 1.4 论文章节安排13-14
• 第二章 塞拉门系统功能及其驱动电机14-24
• 2.1 塞拉门控制系统14
• 2.2 塞拉门控制系统功能14-18
• 2.2.1 开关门控制功能15
• 2.2.2 车门动作警示功能15
• 2.2.3 故障隔离功能15-16
• 2.2.4 紧急解锁功能16
• 2.2.5 障碍检测功能16
• 2.2.6 牵引互锁功能16-17
• 2.2.7 网络通讯与故障诊断功能17
• 2.2.8 上电自检功能17-18
• 2.3 塞拉门电机18-23
• 2.3.1 无刷直流电机工作原理18-20
• 2.3.2 无刷直流电机调速方法20-21
• 2.3.3 电机双闭环控制21-22
• 2.3.4 数字PID控制器22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 系统硬件设计24-40
• 3.1 硬件总体设计方案24
• 3.2 主控制器模块24-25
• 3.2.1 控制器选型24-25
• 3.2.2 K60系列MCU介绍25
• 3.2.3 MCU外设资源分配25
• 3.3 CPLD模块25-27
• 3.3.1 安全继电器的功能25-26
• 3.3.2 CPLD芯片介绍26
• 3.3.3 CPLD资源分配26-27
• 3.4 时钟和EEPROM模块27
• 3.4.1 时钟芯片和EEPROM介绍27
• 3.4.2 外部存储和时钟电路27
• 3.5 检测模块27-30
• 3.5.1 电流检测模块27-29
• 3.5.2 电压检测模块29-30
• 3.6 驱动模块30-34
• 3.6.1 换相电路的设计30-32
• 3.6.2 驱动电路的设计32-33
• 3.6.3 逆变电路33-34
• 3.7 通讯模块34-38
• 3.7.1 UART通讯模块34-35
• 3.7.2 CAN通讯模块35-36
• 3.7.3 以太网通讯模块36-38
• 3.8 显示模块38-39
• 3.9 本章小结39-40
• 第四章 塞拉门系统软件设计40-65
• 4.1 主控制器程序设计40-57
• 4.1.1 输出与显示功能41-42
• 4.1.2 输入功能42
• 4.1.3 电机控制功能42-46
• 4.1.4 故障处理功能46-48
• 4.1.5 逻辑处理功能48-49
• 4.1.6 基于USB的PTU功能49-50
• 4.1.7 MVB通信功能50-52
• 4.1.8 CAN通信功能52-54
• 4.1.9 以太网通信功能54-57
• 4.2 CPLD程序设计57-59
• 4.3 Bootloader程序设计59-64
• 4.3.1 FC协议原理59-60
• 4.3.2 引导加载程序的模式的进入60
• 4.3.3 MK60DN512内存分配60-61
• 4.3.4 MCU Bootloader程序的设计61-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 系统试验调试65-73
• 5.1 实验平台65-66
• 5.2 电机控制测试66-67
• 5.2.1 位置信号调试66-67
• 5.2.2 驱动电路测试67
• 5.3 系统功能测试67-69
• 5.3.1 开关门测试67-68
• 5.3.2 障碍物测试68-69
• 5.4 故障测试69-71
• 5.5 Bootloader测试71-72
• 5.6 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间参与科研项目与已录用学术论文78

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本文编号：853105