中国高速铁路正在突飞猛进的发展,进而使动车组的核心技术获得不断突破、不断创新。同时,随着国家在高新技术方面各种硬实力的增强和人民的整体物质生活水平的提升,促使对动车组的安全运行状况和乘坐舒适度的要求越来越高。充电机作为动车组的关键设备,发挥着两个重要作用:一是在应急蓄电池亏电时给蓄电池充电,二是在列车运行时给车载低压直流负载供电。电力电子、数字信号处理等技术的广泛应用促使充电机的性能更加卓越。但是国内充电机的起步较晚,核心技术仍被国外公司掌握。所以,研制出性能优良的充电机对我国动车组技术的提升具有深远意义。本文以国内某型动车组充电机为研究背景,采用半实物仿真的研究方法,对充电机的主电路和控制系统进行研究。对主回路器件的参数设计有了扎实的理论依据,对控制系统及控制策略有了更充分的认知。首先对动车组常用的镍镉蓄电池的工作原理进行剖析,通过分析其优缺点及温度补偿曲线确定镍镉蓄电池非常适合动车组的运行状况。将专业技术领域常用的几种蓄电池充电方式进行对比,综合利弊,选择了先阶段恒流后阶段恒压的两阶段充电方式,此充电方式的充电速度快、充电效率高。根据充电机的需求,以低压输入作为输入方式并选择相应的主回路拓扑结构,对输入环节、DC/DC环节、输出环节的电路进行设计,并对各个环节所用到元器件的参数进行计算。然后,选择单闭环控制方式,建立充电机主回路的小信号模型并推导出控制量与输出电压的开环传递函数,编写PSO算法程序,通过模型嵌套调用PSO优化程序,确定PID参数。同时对控制系统中预充电模块、充电过程控制模块和故障保护模块进行设计。根据对控制系统的功能设计,在Simulink中进行控制模型的编写以及人机界面的搭建。为了将仿真控制系统与实际主电路相连接,搭建硬件电路对采集到的参数进行处理,软件与硬件相辅相成构成半实物仿真平台。最后,在Simulink中进行“仿真控制系统+仿真主回路”的实验,各环节结果符合要求。样机实现的是“虚拟控制器+实际主回路”的工作模式,对样机进行了预充电、负载投切和过流保护等功能的平台实验。最终结果表明,样机各方面符合预期设计要求。