專利名稱：直流傳動(dòng)機(jī)車防滑行控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流傳動(dòng)機(jī)車防滑行控制方法，屬于鐵路機(jī)車技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輪對(duì)產(chǎn)生的輪周牽引力或制動(dòng)力大于輪軌間的粘著力時(shí)車輪就會(huì)發(fā)生空轉(zhuǎn)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(jī)車軸重分配等因素的影響，并且與司機(jī)操縱方式及機(jī)車運(yùn)行速度有關(guān)。空轉(zhuǎn)或打滑會(huì)使輪軌發(fā)熱、輪軌擦傷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響機(jī)車的安全運(yùn)行，危害極大。輪軌之間的粘著是一個(gè)具有不確定性的復(fù)雜時(shí)變系統(tǒng)，最大化地利用輪軌粘著力，并且有效防止?fàn)恳辙D(zhuǎn)或制動(dòng)滑行，已經(jīng)成為世界鐵路機(jī)車車輛制動(dòng)領(lǐng)域發(fā)展的方向。在防止制動(dòng)滑行方面，主要是以速度差、減速度、滑移率為檢測(cè)對(duì)象，只要有一個(gè)檢測(cè)參數(shù)超過設(shè)定值，就立即降低制動(dòng)力并撒砂，比如電阻制動(dòng)時(shí)立即降低勵(lì)磁電流，空氣制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)缸進(jìn)行大量排氣。判斷滑行的依據(jù)大多以經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)值來判斷，但很難適應(yīng)于不同的輪軌表面狀況、線路狀況、司機(jī)操縱方式、機(jī)車運(yùn)行速度等外部條件，很難準(zhǔn)確的判斷滑行時(shí)刻，滑行判斷提前，會(huì)使制動(dòng)力損失過大，無法充分利用輪軌間的粘著，滑行判斷滯后，就會(huì)產(chǎn)生滑行，造成踏面擦傷，起不到防滑作用，即使判斷滑行的時(shí)刻比較準(zhǔn)確，降低多少制動(dòng)力，持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間仍極難把握，很難實(shí)現(xiàn)既能充分利用粘著，又能防止滑行。進(jìn)一步的方案是用速度差、減速度及減速度微分聯(lián)合控制，不再采用只要有一個(gè)檢測(cè)參數(shù)超過設(shè)定值，就立即降低制動(dòng)力并撒砂，而是同時(shí)觀測(cè)多個(gè)參數(shù)，對(duì)粘著利用狀況進(jìn)行綜合評(píng)估，然后綜合判斷滑行?；袝r(shí)刻判斷的準(zhǔn)確度雖然有所提高，但是降低多少制動(dòng)力，持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間仍極難把握，很難給出一個(gè)定量的合理值，因此，難以實(shí)現(xiàn)既能充分利用粘著，又能防止滑行。還有一種防止制動(dòng)滑行的方案是采用模糊控制法。模糊控制法不需要詳細(xì)了解防滑系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，而是充分利用人的經(jīng)驗(yàn)，模仿人的思維方式，將人的控制經(jīng)驗(yàn)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(jī)構(gòu)、傳惑器和被控對(duì)象五個(gè)部分構(gòu)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(shè)計(jì)很大程度上依賴于現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這就要求在實(shí)際過程中要大量結(jié)合實(shí)際來選擇控制量和設(shè)計(jì)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(jìn)行仿真分析，或者等到控制器設(shè)計(jì)完成后通過實(shí)驗(yàn)來分析驗(yàn)證。顯然，這兩種方法都需要相當(dāng)多的時(shí)間和精力，而且需要反復(fù)的實(shí)驗(yàn)分析才能最終確定，整個(gè)過程繁瑣并且工作量較大。另外，在很多機(jī)車上，既沒有安裝差動(dòng)繼電器，又沒有安裝牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，這使得機(jī)車完全失去粘著控制，機(jī)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(shù)之不足，提供一種在沒有牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器情況下，基于牽引電機(jī)電流反饋下的直流傳動(dòng)機(jī)車防滑行控制方法，最大化地利用輪軌粘著力，并且有效防止?fàn)恳辙D(zhuǎn)或制動(dòng)滑行?？蓪?shí)現(xiàn)機(jī)車全天候的防滑行控制。機(jī)車的滑行可分異步滑行和同步滑行，異步滑行指機(jī)車的各個(gè)車輪不同時(shí)或不同步滑行，各軸之間存在較大的轉(zhuǎn)速差，此時(shí)各個(gè)牽引電機(jī)的制動(dòng)電流也有較大的差異；同步滑行指機(jī)車的各個(gè)車輪產(chǎn)生了同時(shí)滑行，在同步滑行的情況下，各軸之間存在的轉(zhuǎn)速差很小，但是轉(zhuǎn)速的下降率很大，此時(shí)各個(gè)牽引電機(jī)的制動(dòng)電流的下降率很大。通過控制控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(或可控硅觸發(fā)角)，限制由于滑行造成的各個(gè)牽引電機(jī)電流差和電流下降率，可實(shí)現(xiàn)防滑行的控制目標(biāo)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種直流傳動(dòng)機(jī)車防滑行控制方法，其特征在于采取下列步驟1、一種直流傳動(dòng)機(jī)車防滑行控制方法，其特征在于采取下列步驟 A.根據(jù)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)生成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(或可控硅觸發(fā)角)控制值VTout，且限制 VTmin ^ VTout ^ VTmax ； B.檢測(cè)各牽弓I電機(jī)的電流值Im,計(jì)算最大電流值Imax及最小電流值Imin ；C.計(jì)算電流差給定值VIref及電流下降率給定值VAref ;D.計(jì)算電流差反饋值VIfdb=Imax-1min ;E.計(jì)算電流下降率反饋值VAfdb等于各牽引電機(jī)電流下降率最大值；F.將VIref及VIfdb送入電流差PID閉環(huán)控制器VI，得出電流差控制值VIout，且限制 VTmin ^ VTout ^ VTmax ；G.將VAref及VAfdb送入電流下降率PID閉環(huán)控制器VA，得出電流下降率控制值VAout,且限制 VTmin ^ VTout ^ VTmax ；H.檢測(cè)手柄位信號(hào)，如果手柄位降低或在手柄位降低時(shí)刻延時(shí)T時(shí)間內(nèi)，按VIout、VTout兩者中最小值控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(或可控硅觸發(fā)角)；否則按電流差控制值VIout、電流下降率控制值VAout、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流控制值VTout三者中的最小值控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(或可控硅觸發(fā)角)；


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的交直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車電阻制動(dòng)主電路原理圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的中斷子程序流程框圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的防滑行控制子程序流程框圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的手柄位狀態(tài)檢測(cè)子程序流程框圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的牽引電機(jī)電流下降率反饋值子程序流程框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
參看圖1，本發(fā)明實(shí)施例的交直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車電阻制動(dòng)主電路，牽引電機(jī)Ml M6分別以Rz為負(fù)載以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行。主發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電經(jīng)MRC主整流柜整流后向牽引電機(jī)Ml M6串聯(lián)的勵(lì)磁繞組供電。通過調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的脈沖寬度值即可調(diào)整流過六個(gè)牽引電機(jī)的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)制動(dòng)電流的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的調(diào)整。因此，PWM信號(hào)的脈沖寬度值即等效于牽引電機(jī)制動(dòng)力控制值。參看圖2。本實(shí)施例應(yīng)用定時(shí)器I中斷產(chǎn)生IOmS定時(shí)中斷。中斷子程序首先在框1.1關(guān)閉定時(shí)器I中斷，在框1. 2清除定時(shí)器I中斷標(biāo)志。然后進(jìn)入框1. 3，判斷牽引指令是否為真如果是，則進(jìn)入框1. 4，執(zhí)行防空轉(zhuǎn)控制子程序，否則進(jìn)入框1. 5。在框1. 5，判斷制動(dòng)指令是否為真如果是，則進(jìn)入框1. 6執(zhí)行防滑行控制子程序；否則進(jìn)入框1.7。在框
1.7，打開定時(shí)器I中斷，為下一次定時(shí)器I中斷作好準(zhǔn)備。然后中斷子程序運(yùn)行結(jié)束。
參看圖3。防滑行控制子程序在框2.1計(jì)算VTout并限制于Vmin至Vmax，在框2. 2檢測(cè)各牽引電機(jī)的電流值Im,在框2. 3計(jì)算最大電流值Imax及最小電流值Imin,在框2. 4計(jì)算電流差給定值VIref=50+Im/20,在框2. 5計(jì)算電流差反饋值VIfdb=Imax-1min,在框
2.6計(jì)算電流電流下降率給定值VAref =10+Im/60,在框2. 7計(jì)算各牽引電機(jī)電流下降率反饋值，在框2. 8計(jì)算電流下降率反饋值VAfdb等于各牽引電機(jī)電流下降率反饋值中最大值，在框2. 9計(jì)算VIout并限制于Vmin至Vmax,在框2. 10計(jì)算VAout并限制于Vmin至Vmax,在框2. 11手柄位狀態(tài)檢測(cè)子程序，在框2. 12判斷手柄位降低標(biāo)志為I 如果是在框2. 13取VIout、VTout 二者中最小值，如果否在框2. 14取VIout、VAout、VTout三者中最小值，在框2. 15按上述最小值計(jì)算PWM脈沖寬度控制值。然后防滑行控制子程序運(yùn)行結(jié)束。參看圖4。手柄位狀態(tài)檢測(cè)子程序在框3.1檢測(cè)手柄位信號(hào)Nt，在框3. 2判斷條件Nt〈Nl嗎？，如果是在框3. 3將手柄位降低標(biāo)志置1，在框3. 4執(zhí)行Nl=Nt,在框3. 5執(zhí)行Tn=O，然后程序結(jié)束，如果否在框3. 6判斷TrKTdly嗎？如果是在框3. 9執(zhí)行Tn=Tn+l，然后程序結(jié)束，如果否在框3. 7執(zhí)行Tn=Tdly,然后在框3. 8執(zhí)行手柄位降低標(biāo)志清0，然后程序結(jié)束。參看圖5。牽引電機(jī)電流下降率反饋值子程序(牽弓I電機(jī)電流下降率反饋值計(jì)算為例)在框4.1執(zhí)行i=10，在框4. 2判斷i>0嗎？如果是在框4. 3執(zhí)行Ils [i] =Ils [i_l]，在框4. 4執(zhí)行執(zhí)行i=i_l，在框4. 5執(zhí)行[O] =11，然后進(jìn)入框4. 6執(zhí)行VAfdb=IIs [10]-1Is [O]，然后該子程序運(yùn)行結(jié)束最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種直流傳動(dòng)機(jī)車防滑行控制方法，其特征在于采取下列步驟 A.根據(jù)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)生成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(或可控硅觸發(fā)角)控制值VTout，且限制VTmin ^ VTout ^ VTmax ； B.檢測(cè)各牽引電機(jī)的電流值Im,計(jì)算最大電流值Imax及最小電流值Imin； C.計(jì)算電流差給定值VIref及電流下降率給定值VAref； D.計(jì)算電流差反饋值VIfdb=Imax-1min; E.計(jì)算電流下降率反饋值VAfdb等于各牽引電機(jī)電流下降率最大值； F.將VIref及VIfdb送入電流差PID閉環(huán)控制器VI，得出電流差控制值VIout，且限制VTmin ^ VTout ^ VTmax ； G.將VAref及VAfdb送入電流下降率PID閉環(huán)控制器VA，得出電流下降率控制值VAout,且限制 VTmin ^ VTout ^ VTmax ； H.檢測(cè)手柄位信號(hào)，如果手柄位降低或在手柄位降低時(shí)刻延時(shí)T時(shí)間內(nèi)，按VIout、VTout兩者中最小值控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(或可控硅觸發(fā)角)；否則按電流差控制值VIout、電流下降率控制值VAout、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流控制值VTout三者中的最小值控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(或可控硅觸發(fā)角)。
全文摘要
本發(fā)明的直流傳動(dòng)機(jī)車防滑行控制方法，根據(jù)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)生成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流控制值VTout；實(shí)時(shí)檢測(cè)各牽引電機(jī)的電流值；計(jì)算電流差給定值VIref；計(jì)算電流差反饋值VIfdb；計(jì)算電流下降率給定值VAref；計(jì)算電流下降率反饋值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送入電流下降率PID閉環(huán)控制器VA，得出VAout；檢測(cè)手柄位信號(hào)；如果手柄位降低或在手柄位降低時(shí)刻延時(shí)時(shí)間內(nèi)，按VIout、VTout中最小值控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流；如果手柄位保持或增加，按VIout、VAout、VTout中最小值控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。
文檔編號(hào)B60L15/00GK103010049SQ20121054085
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者蔡志偉, 黃學(xué)海, 呂世偉 申請(qǐng)人:中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司