擺式列車慣性測量計算機的硬件設計與實現.pdf

1、當列車以較高速度轉彎時，由于離心現象的存在，列車車身會出現向圓周外側傾斜的趨勢，在極端情況下會出現嚴重側傾甚至側翻，這種物理現象限制了列車在山地丘陵等多彎地區(qū)的運行速度。為了充分利用現有線路資源，盡可能提升列車在多彎地區(qū)的運行速度，出現了一種構造新穎的列車——擺式列車。此種列車通過陀螺儀測量出車身側傾的幅度，然后控制圓周外側車輪的可變懸架舉升，使車身外側離地高度增加，車身整體呈現外高內低的狀態(tài)從而向內傾斜以抵消掉離心現象產生的不良影響。

2、
　　擺式列車側傾抑制系統(tǒng)的工作原理和過程如下:(1)當列車高速入彎時，陀螺儀測量出實時傾斜幅度;(2)陀螺儀將傾斜幅度的模擬信號輸入到慣性測量計算機;(3)慣性計算機將模擬信號轉換成數字信號并按內部算法對數據進行運算;(4)將控制數據輸出到控制車輪可變懸架的伺服機構完成側傾抑制。本文基于應用需求提出了擺式列車慣性測量控制計算機的技術指標，給出了硬件設計方案。
　　電氣性能方面，計算機系統(tǒng)由中央處理器、外圍存儲器、脈沖計數器

3、、A/D轉換、定時器、中斷控制器、脈沖輸出模塊、CAN總線、開關量輸入輸出和異步串行通信口等幾部份組成，其中中央處理器采用DSP，脈沖計數、脈沖輸出、異步串口、看門狗監(jiān)控、復位及開關量輸入輸出的處理等功能由FPGA完成。
　　根據計算機系統(tǒng)的實際使用環(huán)境對可靠性設計進行了分析，主要有以下幾方面:采用成熟技術、簡化設計、降額設計、隔離技術的應用、可測性設計、環(huán)境適應性設計。對計算機系統(tǒng)的關鍵時序進行了測量驗證。
　　在現今的計

4、算機及其他電子設備中，FPGA對于提升系統(tǒng)集成度有著很大作用，同時可實現小型化，慣性測量計算機系統(tǒng)的FPGA主要用于實現以下功能:對慣性計算機上控制信號進行譯碼、復位及看門狗監(jiān)控、總線超時監(jiān)控、24路脈沖計數、3路脈沖輸出、3路UART、開關量輸入輸出、外圍芯片控制信號的產生、時鐘分頻輸出。論文對FPGA各功能的實現過程進行了詳細的描述。
　　論文對FPGA進行了仿真模擬和測試覆蓋性檢查，搭建了仿真驗證環(huán)境，其中前端設計和前仿真使

5、用ALDEC Inc的Active-HDL7.1，后端設計工具使用Actel Libero IDE v8.0，綜合工具使用Synplify Pro9.6.2，布局布線使用Actel Designer v8.0，布局布線后仿真使用ModelSim ACTEL6.2g。設計了測試床，激勵模型為設計單元所支持的各種操作，主要通過接口函數來為設計單元加載信號激勵，同時通過ASSERT語句或波形檢查對輸出信號的有效性進行判斷。從而完成各種激勵模型