專利名稱：直流傳動機車防空轉控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流傳動機車防空轉控制方法，屬于鐵路機車技術領域。
背景技術：
輪對產(chǎn)生的輪周牽引力或制動力大于輪軌間的粘著力時車輪就會發(fā)生空轉或打滑，輪軌間的粘著力受輪軌表面狀況(軌面有凹坑、水、雪、霜、油)、線路狀況(坡道、路基、曲線、道岔)、機車軸重分配等因素的影響，并且與司機操縱方式及機車運行速度有關?？辙D或打滑會使輪軌發(fā)熱、輪軌擦傷，嚴重時還會影響機車的安全運行，危害極大。輪軌之間的粘著是一個具有不確定性的復雜時變系統(tǒng)，最大化地利用輪軌粘著力，并且有效防止牽引空轉或制動滑行，已經(jīng)成為世界鐵路機車車輛制動領域發(fā)展的方向。在防止牽引空轉方面，一種常用的方案是在機車主電路中配裝有3個差動繼電器，每個差動繼電器與兩臺牽引電機相連，以它們作為空轉信號的檢測裝置，機車正常運行時，兩臺牽引電機相連的差動繼電器兩端的電壓是平衡的。當有一個車輪發(fā)生空轉時，該車輪的牽引電機與另一個車輪的牽引電機之間的電位差就會發(fā)生變化，使差動繼電器得電，使串聯(lián)在該差動繼電器常開觸點電路中的聲光報警器接通，發(fā)出空轉報警。司機發(fā)現(xiàn)空轉報警后，手動撒沙、降功率。通過差動繼電器與兩臺牽引電機相連，由于牽引電動機在低速和高速情況下電機反電勢相差非常大，相同的電壓差并不能表明不同的機車速度下不同電壓等級下，牽引電機反電勢的變化率，利用電壓差并不能準確判斷牽引電機在不同機車速度下是否真的發(fā)生空轉以及發(fā)生空轉的嚴重程度，當發(fā)生嚴重的同步空轉的情況下，差動繼電器兩端電壓會十分接近，致使空轉繼電器不動作。當司機看到空轉指示燈亮之后再腳踏撒砂，同時通過手動操作削減機車牽引功率來制止空轉。這個操作過程時間比較長，而且很難把握減多少功率合適。進一步的方案是在上述基礎上，差動繼電器得電動作，在差動繼電器常開觸點電路中串入中間繼電器，利用該中間繼電器控制機車自動減載及撒沙。但是一方面如上所述，差動繼電器并不能準確判斷機車空轉；另一方面，差動繼電器控制中間繼電器，亦不能準確控制機車自動減載的大小和持續(xù)時間，很難收到良好的控制效果；再者，該方案無法實現(xiàn)空轉的預判并通過撒沙緩解空轉，只能實現(xiàn)撒沙控制與減載控制同步進行，不能最大的利用粘著牽引力。現(xiàn)有技術中還有一種防空轉方案，即檢測機車各個牽引電機轉速和電流，通過計算轉速差、車輪加速度、加速度微分信號及電流差、電流變化率等參數(shù)，并且設定這些參數(shù)的限定值，當超過或低于這些限制值時，即判斷為空轉，根據(jù)這些參數(shù)的大小，判斷減載率百分比及減載持續(xù)時間，并判斷是否執(zhí)行撒沙及撒沙執(zhí)行時間。該方案逐漸成為目前防空轉控制的主流技術方案。但是在實際應用中，存在以下很多缺點:在不同機車速度、不同牽引電機電流下，不同的轉速差、車輪加速度、加速度微分值及電流差、電流變化率，機車減載率百分比、減載持續(xù)時間、撒沙執(zhí)行時間存在很大差異，尤其是當空轉處于不同階段時，即使是相同的反饋參數(shù)，減載率百分比、減載持續(xù)時間、撒沙執(zhí)行時間仍存在很大差異，因此，采用該技術方案，要想實時獲得合適的減載率百分比、減載持續(xù)時間、撒沙執(zhí)行時間幾乎是不可能的，不是不能充分利用粘著牽引力，就是空轉不能得到有效抑制；控制系統(tǒng)軟件非常復雜，控制環(huán)節(jié)太多，而且各個環(huán)節(jié)相互影響，經(jīng)常是調節(jié)某個環(huán)節(jié)，又給其他環(huán)節(jié)帶來影響；會給現(xiàn)場調試帶來相當大的難度，不斷的控制減載，空轉緩解后再加載，在此過程中，如果加載率太快，會使牽引電機的輸出轉矩處于上下波動狀態(tài)，容易引起更大的空轉，如果加載率太慢，則機車會很快因喪失足夠的牽引力而使機車速度迅速下降，甚至停在坡道上；在機車牽引電機發(fā)生空轉時，很難根據(jù)轉速差、車輪加速度、加速度微分信號及電流差、電流變化率等參數(shù)，選取合適的減載時刻、減載率百分比及減載持續(xù)時間，無法最大限度利用粘著牽引力。還有一種防止空轉的方案是采用模糊控制法。模糊控制法不需要詳細了解防空轉系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，而是充分利用人的經(jīng)驗，模仿人的思維方式，將人的控制經(jīng)驗形式化并引入控制過程，模糊控制系統(tǒng)通常由輸入輸出接口、模糊控制器、執(zhí)行機構、傳惑器和被控對象五個部分構成，其中模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心。由于模糊控制器的設計很大程度上依賴于現(xiàn)場人員的實際經(jīng)驗，這就要求在實際過程中要大量結合實際來選擇控制量和設計控制規(guī)則。選取控制量是否合理以及控制規(guī)則的效果如何，必須編制大量的程序來進行仿真分析，或者等到控制器設計完成后通過實驗來分析驗證。顯然，這兩種方法都需要相當多的時間和精力，而且需要反復的實驗分析才能最終確定，整個過程繁瑣并且工作量較大。另外，在很多機車上，既沒有安裝差動繼電器，又沒有安裝牽引電機轉速傳感器，這使得機車完全失去粘著控制，機車的性能和安全性都受到影響
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術之不足，提供一種在沒有差動繼電器及牽引電機轉速傳感器情況下，基于牽引電機電流及直流電壓反饋下的直流傳動機車防空轉控制方法，最大化地利用輪軌粘著力，并且有效防止空轉?？蓪崿F(xiàn)機車全天候的防空轉控制。機車的空轉可分異步空轉和同步空轉，異步空轉指機車的各個車輪不同時或不同步空轉，各軸之間存在較大的轉速差，此時各個牽引電機的牽引電流也有較大的差異；同步空轉指機車的各個車輪產(chǎn)生了同步空轉，在同步空轉的情況下，各軸之間存在的轉速差很小，但是轉速的上升率很大，此時牽引電機的端電壓上升率也很大。通過控制發(fā)電機勵磁電流(或可控硅觸發(fā)角)，限制由于空轉造成的各個牽引電機電流差和直流電壓上升率，可實現(xiàn)直流傳動機車防空轉的控制目標。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種直流傳動機車防空轉控制方法，其特征在于采取下列步驟:1、一種直流傳動機車防空轉控制方法，其特征在于采取下列步驟:A.根據(jù)機車運行狀態(tài)生成發(fā)電機勵磁電流(或可控硅觸發(fā)角)控制值VTout，且限制 VTmin ^ VTout ^ VTmax ；B.檢測各牽弓I電機的電流值Im,計算最大電流值Imax及最小電流值Imin ；C.計算電流差給定值VIref ；D.計算電流差反饋值VIfdb=Imax-1min ;
E.檢測并計算直流電壓Vdc ；F.計算直流電壓上升率給定值VAref ;G.計算直流電壓上升率反饋值VAfdb ;H.將VIref及VIfdb送入電流差PID閉環(huán)控制器VI，得出V1out，且限制VTmin ≤ VTout ≤VTmax ；1.將VAref及VAfdb送入直流電壓上升率PID閉環(huán)控制器VA，得出電壓上升率控制值 VAout,且限制 VTmin ≤ VTout ≤ VTmax ；J.按電流差控制值V1ut、電壓上升率控制值VAout、發(fā)電機勵磁電流控制值VTout三者中的最小值控制發(fā)電機勵磁電流(或可控硅觸發(fā)角)；


圖1為本發(fā)明實施例的交直流電傳動內(nèi)燃機車牽引主電路原理圖。圖2為本發(fā)明實施例的中斷子程序流程框圖。圖3為本發(fā)明實施例的空轉控制子程序流程框圖。圖4為本發(fā)明實施例的直流電壓上升率計算子程序流程框圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。參看圖1，本發(fā)明實施例的交直流電傳動內(nèi)燃機車牽引主電路，通過微機控制主發(fā)電機勵磁機的勵磁電流，實現(xiàn)對主發(fā)電機整流后直流電壓的控制。Rlt為勵磁電阻，Dl為續(xù)流二極管，Ql為場效應管，EXC為勵磁發(fā)電機，ERC為勵磁整流器，MG為主發(fā)電機，MRC為主整流器，Ml M6為牽引電機。機車微機控制器輸出的PWM信號通過控制Ql的導通占空比，控制流過EXC的勵磁線圈的勵磁電流，EXC發(fā)出的三相交流電通過ERC整流后，為主發(fā)電機勵磁繞組供電，主發(fā)電機發(fā)出的三相交流電經(jīng)MRC主整流柜整流后向Ml M6供電。通過調節(jié)PWM信號的脈沖寬度值即可調整牽引電機的直流端電壓，進而調整牽引電機牽引力，因此，PWM信號的脈沖寬度值即等效于牽引力控制值。參看圖2。本實施例應用定時器I中斷產(chǎn)生10mS定時中斷。中斷子程序首先在框1.1關閉定時器1中斷，在框1.2清除定時器I中斷標志。然后進入框1.3，判斷牽引指令是否為真:如果是，則進入框1.4，執(zhí)行防空轉控制子程序，否則進入框1.5。在框1.5，判斷制動指令是否為真:如果是，則進入框1.6執(zhí)行防滑行控制子程序；否則進入框1.7。在框
1.7，打開定時器1中斷，為下一次定時器I中斷作好準備。然后中斷子程序運行結束。參看圖3。防空轉控制子程序在框2.1計算VTout并限制于Vmin至Vmax,在框2.2檢測各牽引電機的電流值1m,在框2.3計算最大電流值Imax及最小電流值1min,在框2.4計算電流差給定值VIref=50+Im/100,在框2.5計算電流差反饋值VIfdb=Imax-1min,在框
2.6檢測直流電壓Vdc，在框2.7計算直流電壓上升率給定值VAref，在框2.8計算直流電壓上升率反饋值VAfdb,在框2.9計算V1out并限制于Vmin至Vmax,在框2.10計算VAout并限制于Vmin至Vmax，在框2.11取V1ut、VAout、VTout三者中最小值，在框2.12計算PWM脈沖寬度控制值，然后防空轉控制子程序運行結束。參看圖4。直流電壓上升率計算子程序在框3.1執(zhí)行i=10，在框3.2判斷i>0嗎？如果是在框3.3執(zhí)行Vdcs [i] =Vdcs [1-Ι]，在框3.4執(zhí)行i=i_l，如果否，在框3.5執(zhí)行Vdcs [O] =Vdc,然后進入框3.6執(zhí)行VAfdb=Vdcs [O]-Vdcs [10]，然后該子程序運行結束。最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種直流傳動機車防空轉控制方法，其特征在于采取下列步驟: A.根據(jù)機車運行狀態(tài)生成發(fā)電機勵磁電流(或可控硅觸發(fā)角)控制值VTout，且限制VTmin ≤VTout ≤ VTmax ； B.檢測各牽引電機的電流值Im,計算最大電流值Imax及最小電流值Imin； C.計算電流差給定值VIref; D.計算電流差反饋值VIfdb=Imax-1min; E.檢測并計算直流電壓Vdc; F.計算直流電壓上升率給定值VAref; G.計算直流電壓上升率反饋值VAfdb; H.將VIref及VIfdb送入電流差PID閉環(huán)控制器VI，得出V1ut，且限制VTmin ≤ VTout ≤ VTmax ；VAref及VAfdb送入直流電壓上升率PID閉環(huán)控制器VA，得出電壓上升率控制值VAout,且限制 VTmin ≤VTout ≤VTmax ； J.按電流差控制值V1ut、電壓上升率控制值VAout、發(fā)電機勵磁電流控制值VTout三者中的最小值控制發(fā)電機勵磁電流(或可控硅觸發(fā)角)。
全文摘要
本發(fā)明的直流傳動機車防空轉控制方法，在牽引模式下，根據(jù)機車運行狀態(tài)生成發(fā)電機勵磁電流(或可控硅觸發(fā)角)控制值VTout；檢測各牽引電機的電流值；計算電流差給定值VIref；計算電流差反饋值VIfdb；檢測并計算直流電壓Vdc；計算直流電壓上升率給定值VAref；計算直流電壓上升率反饋值VAfdb；將VIref及VIfdb送入電流差PID閉環(huán)控制器VI，得出VIout；將VAref及VAfdb送入直流電壓上升率PID閉環(huán)控制器VA，得出VAout；按VIout、VAout、VTout三者中最小值控制發(fā)電機勵磁電流(或可控硅觸發(fā)角)；本發(fā)明可實現(xiàn)無速度傳感器情況下交直傳動機車全天候的防空轉控制。
文檔編號B61C9/38GK103101541SQ20121054057
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權日2012年12月13日
發(fā)明者蔡志偉, 周慶強, 接亞明 申請人:中國北車集團大連機車車輛有限公司