專利名稱：一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及軌道交通設(shè)備的保護系統(tǒng)，特別涉及輕軌車輛防滑防空轉(zhuǎn) 控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
軌道交通運輸，由于受雨雪、霜凍等自然條件的影響，車輛的牽引力和輪 軌粘著力不平衡會導(dǎo)致輪對空轉(zhuǎn)和滑行現(xiàn)象的產(chǎn)生，使車輛處于不可控狀態(tài)， 嚴(yán)重危害輪軌和行車安全。防止車輛的空轉(zhuǎn)和滑行，可以避免輪軌嚴(yán)重擦傷， 以延長輪軌的使用壽命，同時還可以保證行車的安全性。近幾十年來，特別是 隨著交流傳動技術(shù)的應(yīng)用，軌道車輛防滑防空轉(zhuǎn)控制的研究和應(yīng)用受到人們的 重視，產(chǎn)生了多種軌道車輛防滑防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)。目前使用的軌道車輛防滑防空轉(zhuǎn) 系統(tǒng)都是采用微機控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲得的轉(zhuǎn)速信號，進行運算處理，根據(jù) 速度差、減速度等多個判據(jù)的變化進行防滑防空轉(zhuǎn)控制。
現(xiàn)有的防滑防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)的不足之處是控制系統(tǒng)的傳感器的抗干擾能力差， 由于普通編碼的傳感器需外接電源，其輸出信號受供電電源質(zhì)量影響，當(dāng)供電 電源波動較大時，可導(dǎo)致輸出信號不穩(wěn)定，從而使防滑防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)不能穩(wěn)定可 靠的工作。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是為防止軌道交通車輛的空轉(zhuǎn)或滑行提供一種抗干擾能 力強的防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，通過改進傳感器和轉(zhuǎn)速檢測方式實現(xiàn)對軌道交通 車輛的空轉(zhuǎn)或滑行的有效控制。
本實用新型的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的 一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制裝 置，由動力部份和數(shù)據(jù)控制處理部分構(gòu)成，動力部分包括直流電源、牽引逆變 器-電動機系統(tǒng)、傳動機構(gòu)和車輛輪對，電動機的電源通過牽引逆變器和直流電 源連接，電動機的輸出端通過傳動機構(gòu)與車輛輪對連接，數(shù)據(jù)控制處理部分包 括轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速檢測電路、數(shù)字信號處理器和驅(qū)動電路，數(shù)字信號處理器、 轉(zhuǎn)速檢測電路、轉(zhuǎn)速傳感器和驅(qū)動電路之間通過信號線連接，轉(zhuǎn)速傳感器與車輛輪對聯(lián)結(jié)，數(shù)字信號處理器通過驅(qū)動電路與牽引逆變器聯(lián)結(jié)，其特征在于所 述的轉(zhuǎn)速傳感器是小型發(fā)電機，小型發(fā)電機的機體固接在車輛的車體上，小型 發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與車輛輪對通過連軸節(jié)連接，所述的轉(zhuǎn)速檢測電路由電壓信號接
收電路、波形轉(zhuǎn)換電路和電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，所述的數(shù)字信號處理器是雙DSP 系統(tǒng)，其中DSP1系統(tǒng)是系統(tǒng)控制和轉(zhuǎn)速信號采集系統(tǒng)，DSP2系統(tǒng)是防滑防空 轉(zhuǎn)和電機控制算法系統(tǒng)，兩個DSP系統(tǒng)之間通過雙口 RAM交換數(shù)據(jù)。
本實用新型所述的一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)速 傳感器由兩個或者兩個以上組成。
本實用新型所述的一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其特征在于所述小型 發(fā)電機與車輛輪對連接的連軸節(jié)是彈性連軸節(jié)。
本實用新型所述的一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù) 字信號處理器的雙DSP系統(tǒng)，是TI 2000系列的DSP TMS320F2407和TI 3000 系列的DSP TMS320VC33 。
本實用新型的工作流程是在捕獲時間計算各軸轉(zhuǎn)速，將計算的各軸轉(zhuǎn)速 作輪徑修整后進行有效性判斷及冗余替代，保存速度值并進行速度差和沖動量 計算，根據(jù)計算結(jié)果進行空轉(zhuǎn)、滑行等級判斷，根據(jù)判斷結(jié)果優(yōu)化粘著力控制， 輸出轉(zhuǎn)矩。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的優(yōu)點在于
(1) 電氣系統(tǒng)構(gòu)成簡單，維護保養(yǎng)工作量很少電氣系統(tǒng)的構(gòu)成主要是數(shù)
字信號處理器、轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速檢測電路和逆變器-電動機系統(tǒng)。
(2) 抗干擾能力強使用發(fā)電機作為車輛輪軸的轉(zhuǎn)速傳感器，無需使用額
外的供電電源，信號穩(wěn)定，抗干擾能力強。
(3) 轉(zhuǎn)速檢測電路無需隔離轉(zhuǎn)速傳感器不需要提供獨立電源，不存在輸 出高電壓(電平不匹配)和不同地電位的問題，所以無需隔離電路，進一步減 少成本。
(4) 系統(tǒng)還具有自檢和故障存儲功能，能進行輪徑補償，能充分利用粘著
力的特點

本實用新型共有附圖四幅，其中圖1是防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)工作流程示意圖，
圖3是數(shù)字信號處理器結(jié)構(gòu)示意圖，
圖4是本實用新型的轉(zhuǎn)速檢測電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中1、直流電網(wǎng)電源，2、三相IGBT逆變器，3、三相交流牽引電動 機，4、齒輪傳動機構(gòu)，5、車輛輪對，6、轉(zhuǎn)速傳感器，7、轉(zhuǎn)速檢測電路，8、 數(shù)字信號處理器，9、 IGBT驅(qū)動電路。
具體實施方式

附圖給出的實施方式是用于輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)是用數(shù)字信 號處理器加轉(zhuǎn)速傳感器的組合，嵌入三相IGBT逆變器-交流牽引電動機系統(tǒng)構(gòu) 成。用于調(diào)節(jié)電動機輸出轉(zhuǎn)矩，防止車輛空轉(zhuǎn)或滑行。防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)包 括直流電源l、數(shù)字信號處理器8、轉(zhuǎn)速傳感器6、轉(zhuǎn)速檢測電路7、牽引逆變 器-電動機及其傳動機構(gòu)系統(tǒng)2、 3、 4和車輛輪對5，電動機3的電源通過牽引 逆變器2和直流電源1連接，電動機的輸出端通過傳動機構(gòu)4與車輛輪對5連 接，牽引逆變器2、數(shù)字信號處理器8、轉(zhuǎn)速檢測電路7和轉(zhuǎn)速傳感器6之間通 過信號線連接，轉(zhuǎn)速傳感器6為一小型發(fā)電機，小型發(fā)電機的機體固接在車輛 的車體上，小型發(fā)電機的轉(zhuǎn)于和車輛輪對之間通過彈性連軸節(jié)同軸連接，發(fā)電
機和連軸節(jié)、輪對和連軸節(jié)均通過螺釘固定，螺釘直接緊固在發(fā)電機轉(zhuǎn)子和輪 對軸上。小型發(fā)電機隨車輛輪對的轉(zhuǎn)動輸出正弦波電壓信號，輸出的正弦波電 壓信號就是轉(zhuǎn)速信號，正弦波頻率隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。由于轉(zhuǎn)速傳感器6自 身是發(fā)電機，所以無需為它提供額外的電源。數(shù)字信號處理器8是美國德州儀 器公司生產(chǎn)的TI 2000系列的DSP TMS320F2407和TI 3000系列的DSP TMS320VC33構(gòu)成的雙DSP系統(tǒng)，TI 2000系列的DSP TMS320F2407進行系統(tǒng) 控制和轉(zhuǎn)速信號采集，DSP TMS320VC33進行轉(zhuǎn)速冗余算法和防滑防空轉(zhuǎn)控制 算法。TI 2000系列的DSP TMS320F2407和TI 3000系列的DSP TMS320VC33 之間通過雙口 RAM交換數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)速檢測電路是將正弦波電壓信號轉(zhuǎn)換為電平脈 沖信號的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路包括轉(zhuǎn)速信號采集、整形和驅(qū)動三個模塊，三個 模塊之間通過信號線連接。信號采集模塊是電壓接收電路，整形模塊是將正弦 電壓信號轉(zhuǎn)換成相同頻率、幅值基本不變的脈沖信號的波形轉(zhuǎn)換電路，驅(qū)動模塊是將脈沖信號進行電平轉(zhuǎn)換并提供驅(qū)動能力的轉(zhuǎn)換電路。信號采集模塊先接 收轉(zhuǎn)速傳感器輸出的正弦波，并將正弦波傳輸給整形模塊，整形模塊將正弦波 轉(zhuǎn)換成相同頻率且幅值基本不變的脈沖，脈沖再經(jīng)驅(qū)動模塊的驅(qū)動芯片轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號處理器可以接受的電平傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器進行 計算和控制?；揽辙D(zhuǎn)控制系統(tǒng)同時連接兩個或者兩個以上的轉(zhuǎn)速傳感器時， 系統(tǒng)還具有轉(zhuǎn)速檢測硬件冗余功能。將兩個傳感器送回的轉(zhuǎn)速信號分別送入數(shù)
字信號處理器TMS320F2407的捕獲單元進行計算，通過比較判斷各傳感器反饋 的轉(zhuǎn)速有效性確定及定位傳感器故障，并通過相應(yīng)的替代原則獲得可以接受的 反饋轉(zhuǎn)速的組合，再進行計算和控制，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 牽引逆變器為由IGBT和其輔助電路構(gòu)成的兩相輸入三相輸出的兩電平通用橋 式電路。
本實施例的工作程序是轉(zhuǎn)速檢測電路7將轉(zhuǎn)速傳感器6得到的車輛輪對5 的轉(zhuǎn)速信號傳輸給數(shù)字信號處理器8，數(shù)字信號處理器8通過預(yù)置的防滑防空轉(zhuǎn) 程序運算得出合適的電壓矢量PWM脈沖，數(shù)字信號處理器8將運算得出的合適 的電壓矢量PWM脈沖經(jīng)IGBT驅(qū)動電路9傳輸給三相IGBT逆變器2，逆變器 將直流電網(wǎng)電源1轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電供給三相交流牽引電動機3。電動機 輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)齒輪傳動機構(gòu)4傳遞給車輛輪對5，使車輛獲得相應(yīng)的牽引力。由 于轉(zhuǎn)速傳感器獲得的轉(zhuǎn)速信號頻率隨車輛輪對的轉(zhuǎn)速變化，防滑防空轉(zhuǎn)裝置將 采集不同輪對的轉(zhuǎn)速信號(一般為動軸和拖軸)，先經(jīng)有效性判斷和冗余處理， 再通過防滑防空轉(zhuǎn)算法，計算輸出電壓矢量PWM脈沖，調(diào)節(jié)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩， 使車輛不斷地調(diào)節(jié)相應(yīng)的牽引力，從而防止車輛的空轉(zhuǎn)或滑行。
權(quán)利要求1、一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制裝置，由動力部份和數(shù)據(jù)控制處理部分構(gòu)成，動力部分包括直流電源(1)、牽引逆變器-電動機系統(tǒng)(2、3)、傳動機構(gòu)(4)和車輛輪對(5)，電動機(3)的電源通過牽引逆變器(2)和直流電源(1)連接，電動機(3)的輸出端通過傳動機構(gòu)(4)與車輛輪對(5)連接，數(shù)據(jù)控制處理部分包括轉(zhuǎn)速傳感器(6)、轉(zhuǎn)速檢測電路(7)、數(shù)字信號處理器(8)和驅(qū)動電路(9)，數(shù)字信號處理器(8)、轉(zhuǎn)速檢測電路(7)、轉(zhuǎn)速傳感器(6)和驅(qū)動電路(9)之間通過信號線連接，轉(zhuǎn)速傳感器(6)與車輛輪對(5)聯(lián)結(jié)，數(shù)字信號處理器(8)通過驅(qū)動電路(9)與牽引逆變器(2)聯(lián)結(jié)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)速傳感器(6)是小型發(fā)電機，小型發(fā)電機的機體固接在車輛的車體上，小型發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與車輛輪對(5)通過連軸節(jié)連接，所述的轉(zhuǎn)速檢測電路(7)由電壓信號接收電路、波形轉(zhuǎn)換電路和電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，所述的數(shù)字信號處理器(8)是雙DSP系統(tǒng)，其中DSP1系統(tǒng)是系統(tǒng)控制和轉(zhuǎn)速信號采集系統(tǒng)，DSP2系統(tǒng)是防滑防空轉(zhuǎn)和電機控制算法系統(tǒng)，兩個DSP系統(tǒng)之間通過雙口RAM交換數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其特征在于所 述轉(zhuǎn)速傳感器由兩個或者兩個以上組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述小型發(fā)電機與車輛輪對連接的連軸節(jié)是彈性連軸節(jié)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的數(shù)字信號處理器的雙DSP系統(tǒng)，是TI 2000系列的DSP TMS320F2407和 TI 3000系列的DSPTMS320VC33。
專利摘要本實用新型公開了一種輕軌車防滑防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括直流電源、數(shù)字信號處理器、轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速檢測電路、牽引逆變器-電動機及其傳動機構(gòu)系統(tǒng)和車輛輪對，電動機通過牽引逆變器和直流電源連接，電動機的輸出與車輛輪對連接，車輛輪對與轉(zhuǎn)速傳感器聯(lián)結(jié)，牽引逆變器、數(shù)字信號處理器、轉(zhuǎn)速檢測電路和轉(zhuǎn)速傳感器之間通過信號線連接，轉(zhuǎn)速傳感器是小型發(fā)電機，發(fā)電機與輪對聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速檢測電路包括電壓信號接收電路、波形轉(zhuǎn)換電路和電平轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字信號處理器是雙DSP系統(tǒng)。本實用新型具有系統(tǒng)構(gòu)成簡單可靠、維護保養(yǎng)工作量少、能有效保護輪對和鐵軌等突出的優(yōu)點，主要應(yīng)用于輕軌電車、地鐵等軌道交通領(lǐng)域。
文檔編號B61C17/00GK201309484SQ20082021915
公開日2009年9月16日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者徐從謙, 董宇飛, 車向中, 馬惠春 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心