專利名稱：基于磁電式傳感器的機車牽引電機轉速信號的檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于磁電式傳感器的機車牽引電機轉速信號的檢測方法，屬于鐵路機車技術領域。
背景技術：
在軌道上運行的機車車輛,牽引力及制動力很大程度上受制于輪軌間的粘著力。隨著現(xiàn)代化鐵路的不斷發(fā)展，貨運列車載重的不斷增大，客運列車運行速度的不斷提高，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。列車車輪的連續(xù)空轉或滑行會造成車輪踏面擦傷，如果發(fā)生定位式空轉還會摩擦出嚴重的鋼軌凹坑，將導致?lián)Q軌維修，干擾線路正常使用。當制動力超過粘著力時，車輪轉速急劇降低甚至停轉，產(chǎn)生滑行。列車制動滑行會產(chǎn)生輪軌發(fā)熱、輪軌擦傷等現(xiàn)象，嚴重時還會影響機車的安全運行，危害極大。為了能使列車裝備高效安全可靠的防空轉、防滑行控制系統(tǒng)，許多方面做了長期的大量的研究工作，探求以實際測量的牽引電機轉速作為基礎，計算出各軸的速度差，各軸的軸加速度及其加速度微分，建立數(shù)學模型，并應用這些參數(shù)聯(lián)合控制。機車牽引電機轉速檢測的常用的方法是在牽引電機小齒輪上安裝測速齒輪，測速齒輪與速度傳感器之間有間隙，當車輪轉動時，速度傳感器產(chǎn)生正比于車輪速度的交變的頻率信號。牽引電機軸通過小齒輪和大齒輪與車輪相連，車輪每旋轉一周，傳感器就輸出一定數(shù)量的脈沖，所以感應出的交變信號的頻率與機車牽引電機轉速成正比。對于這種傳感器給出的脈沖信號，一種采用較多的處理方法是定時采樣，檢測一定時間范圍內(nèi)的脈沖數(shù)，然后計算。由于速度信號中經(jīng)常夾雜一些高頻信號，這些高頻振蕩信號容易使控制裝置檢測到錯誤的轉速值，因此信號處理部分使用數(shù)字低通濾波器濾去有用信號中的高頻噪聲。這種速度檢測方式的精度低、實時性差。由于控制系統(tǒng)只能檢測脈沖信號上升沿的個數(shù)，只能精確到個位，而測速齒輪的齒數(shù)較少，如果定時采樣周期短，雖然實時性能夠有所好轉，但是采樣的精度差；如果定時采樣周期較長，雖然精度能夠有所提高，但是實時性會降低。由于線路狀況、振動、電磁干擾、傳感器固定狀態(tài)等因素的影響，機車輪對發(fā)生空轉和滑行等情況時，傳感器產(chǎn)生的脈沖信號中不但夾雜著高頻信號，而且脈沖信號波形本身也會受到很多影響，脈沖信號的幅值、過零點都會發(fā)生相應的變化，甚至產(chǎn)生脈沖丟失現(xiàn)象。還有一種處理方法是采用多次檢測速度信號平均值，或去除多次檢測值中的最大值和最小值，然后對剩余檢測值進行平均值處理。雖然可以在一定程度上濾除干擾信號，但轉速信號檢測滯后，空轉滑行控制的實時性差。

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，提供一種適用于防滑行、防空轉控制系統(tǒng)的基于磁電式傳感器的機車牽引電機轉速信號的檢測方法，。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種基于磁電式傳感器的機車牽引電機轉速信號的檢測方法，其特征在于采取下列步驟:A.利用定時器記錄傳感器脈沖信號的本次及上次上升(或下降)沿的觸發(fā)時間，得出本次時間差Λ Tm及頻率Fm= I/ Λ Tm，進而得出牽引電機轉速本次檢測值Nm=60 X Fm/Z(其中:Z-牽引電機測速齒輪齒數(shù)，m為牽引電機的軸號)；B.當機車處于牽引或制動運行模式時，檢測牽引電機電流值Im，計算牽引電機電流平均值Iavr,計算牽引電機電流不平衡度επ = I (Im-1avr) /Iavr |,計算牽引電機轉速平均值Navr,如果Nm〈Navr X η且ε m〈 ε max連續(xù)重復超過設定次數(shù)R,則判定第m傳感器為故障狀態(tài)；當機車處于非牽引且非制動模式時，如果NnKNavrX n連續(xù)重復超過設定次數(shù)R，則判定第m傳感器故障為故障狀態(tài)(其中:ε max-電流不平衡度最大限制值，η-轉速不平衡度限制值，R-重復次數(shù));C.對非故障第m傳感器，判斷不等式Nm>Nmc+ Λ N是否為真:如果是，貝Ij令Nmc=Nmc+ Λ N ;否則進一步判斷不等式Nm〈Nmc_ Λ Nm是否為真:如果是，則令Nmc=Nmc- Δ N ;否則令Nmc=Nm (其中:Nm_轉速檢測值，Nmc-轉速修正值，Δ N-轉速增、減量最大限制值)。為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明的目的，上述步驟B中的連續(xù)重復設定次數(shù)取值范圍為3 5。為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明的目的，上述步驟C中的轉速增、減量最大限制值按以下經(jīng)驗公式取值:ΛΝ=3600/ (ZXU)(其中:Ζ-牽引電機測速齒輪齒數(shù)，U-齒比)。采用本發(fā)明的方案，不僅可以準確剔除故障傳感器，而且對于非故障傳感器，既能消除由于干擾或振動等偶然因素造成的轉速突變，又能滿足空轉/滑行時所需的轉速反饋實時性的要求?？上捎诰€路狀況、振動、電磁干擾、傳感器固定狀態(tài)等因素的影響，提高防止制動滑行及牽弓I空轉控制的可靠性。


圖1為本發(fā)明實施例的輸入捕捉中斷子程序流程框圖。圖2為本發(fā)明實施例的轉速測量子程序流程框圖。圖3為本發(fā)明實施例的轉速傳感器故障診斷子程序流程框圖。圖4為本發(fā)明實施例的電流不平衡度最大限制值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。基于本發(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，輸入捕捉中斷子程序首先在框1.1關閉輸入捕捉中斷，在框1.2清除輸入捕捉中斷標志。然后進入框1.3執(zhí)行牽引電機轉速測量子程序，然后在框1.4打輸入捕捉中斷，為下一次輸入捕捉中斷作好準備。然后中斷子程序運行結束。參看圖2。 牽引電機轉速測量子程序在框2.1判斷傳感器故障標志為真嗎？如果是則進入框2.13執(zhí)行Nmc=O,如果否在框2.2讀取寄存器TMR2的內(nèi)容并賦予Tmt，即Tmt=TMR2，在框2.3計算時間差Λ T=Tmt - Tml，在框2.4執(zhí)行Tml=Tmt,在框2.5計算輸入信號的頻率Fm=I/ Δ Τ，在框2.6計算牽弓I電機轉速Nm=60 X Fm/Z(其中:Z_牽引電機測速齒輪齒數(shù)，m為牽引電機的軸號)，在框2.7執(zhí)行牽引電機轉速傳感器故障診斷子程序，在框2.8判斷是否Nm>Nmc+ Δ N:是則在框2.9執(zhí)行Nmc=Nmc+ Δ N ;否則進入框2.10。在框2.10，判斷是否Nm〈Nmc- Δ N:是則進入框2.11,令Nmc=Nmc- Δ N ;否則進入框2.12,令Nmc=Nm。其中ΛN按經(jīng)驗公式取值:ΛN=3600/ (ZXU)(其中:Z_牽引電機測速齒輪齒數(shù)，U-齒比)。例如:Z=60,U=93/17, AN=Il0參看圖3。傳感器故障診斷子程序在框2.8.1判斷機車運行模式是否為牽引模式:如果是進入框2.8.3 ;否則進入框2.8.2。在框2.8.2，判斷機車運行模式是否為制動模式:是則進入框2.8.3;否則進入框2.8.13。在框2.8.3，檢測各個牽引電機電流值Im。進入框2.8.4，計算牽引電機電流平均值Iavr。進入框2.8.5，計算各個牽引電機電流不平衡度ε m= (Im-1avr)/Iavr I。進入框2.8.6,計算電流不平衡度最大限制值為ε max。進入框2.8.7，計算牽引電機轉速平均值Navr。進入框2.8.8，判斷是否Nm〈Navr X η ( η為轉速不平衡度限制值，在本實施例中Η取50%)且ε m〈 ε max:是則進入框2.8.9 ;否則進入框2.8.10，將計數(shù)器T置O后，程序結束。在框2.8.9，計數(shù)器T加I。進入框2.8.11，判斷是否T >Λ T (取值3 5):是則進入框2.8.12，置傳感器故障標志為真，發(fā)送相應報警信息，并將該軸轉速信號忽略，Nm不作為空轉/滑行的判斷依據(jù)，程序結束；否則程序結束。在框
2.8.13,計算牽引電機轉速NI Ν6的平均值Navr。進入框2.8.14,判斷是否Nm〈Navr X η:是則進入框2.8.15，將計數(shù)器T置O ;否則進入框2.8.16，計數(shù)器T加I。進入框2.8.17，判斷是否T >Λ T:是則進入框2.8.18置傳感器故障標志為真，發(fā)送相應報警信息，并將該軸轉速信號忽略，Nm不作為空轉/滑行的判斷依據(jù)，程序結束；否則程序結束。參看圖4。計算電流不平衡度最大限制值為ε max程序在框3.1中判斷Iavr>Imax*80%嗎？如果是則進入框3.4執(zhí)行ε max=10%,然后程序結束,否則在3.2中判斷Iavr>Imax*50%嗎？如果是則進入框3.5執(zhí)行ε max=12%,然后程序結束，否則在框3.3中執(zhí)行ε max=15%，然后程序結束。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(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種基于磁電式傳感器的機車牽引電機轉速信號的檢測方法，其特征在于米取下列步驟: A.利用定時器記錄傳感器脈沖信號的本次及上次上升(或下降)沿的觸發(fā)時間，得出本次時間差Λ Tm及頻率Fm=I/ Δ Tm,進而得出牽引電機轉速本次檢測值Nm=60XFm/Z(其中:Z-牽引電機測速齒輪齒數(shù)，m為牽引電機的軸號)； B.當機車處于牽引或制動運行模式時，檢測牽引電機電流值Im，計算牽引電機電流平均值Iavr,計算牽引電機電流不平衡度em=| (Im-1avr) /Iavr |,計算牽引電機轉速平均值Navr，如果NnKNavrX η且ε m〈 ε max連續(xù)重復超過設定次數(shù)R，則判定第m傳感器為故障狀態(tài)；當機車處于非牽引且非制動模式時，如果NnKNavrX n連續(xù)重復超過設定次數(shù)R，則判定第m傳感器故障為故障狀態(tài)(其中:emax-電流不平衡度最大限制值，η-轉速不平衡度限制值，R-重復次數(shù))； C.對非故障第m傳感器，判斷不等式Nm>Nmc+Λ N是否為真:如果是，則令Nmc=Nmc+ Λ N ;否則進一步判斷不等式Nm〈Nmc_ Λ Nm是否為真:如果是，則令Nmc=Nmc- Δ N ;否則令Nmc=Nm (其中:Nm_轉速檢測值，Nmc-轉速修正值，Δ N-轉速增、減量最大限制值)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于磁電式傳感器的機車牽引電機轉速信號的檢測方法，其特征在于所述步驟B中的連續(xù)重復設定次數(shù)取值范圍為3 5。
3.基于磁電式傳感器的機車牽引電機轉速信號的檢測方法，其特征在于所述步驟C中的轉速增、減量最大限制值按以下經(jīng)驗公式取值:ΛΝ=3600/ (ZXU)(其中:Ζ-牽引電機測速齒輪齒數(shù)，U-齒比)。
全文摘要
本發(fā)明的基于磁電式傳感器的機車牽引電機轉速信號的檢測方法記錄傳感器脈沖信號的本次及上次上升沿的觸發(fā)時間，得出本次時間差△Tm、頻率Fm=1/△Tm及牽引電機轉速本次檢測值Nm；當機車處于牽引或制動模式時，檢測牽引電機電流值Im，計算牽引電機電流平均值Iavr、牽引電機電流不平衡度εm、牽引電機轉速平均值Navr，如果Nm<Navr×η且εm<εmax連續(xù)重復超過設定次數(shù)R，則判定第m傳感器為故障狀態(tài)；當機車處于非牽引且非制動模式時，如果Nm<Navr×η連續(xù)重復超過設定次數(shù)R，則判定第m傳感器故障為故障狀態(tài)；對非故障第m傳感器，如果不等式Nm>Nmc+△N為真，則令Nmc=Nmc+△N；否則，如果不等式Nm<Nmc-△Nm為真，則令Nmc=Nmc-△N；否則令Nmc=Nm。剔除故障傳感器，消除干擾，滿足空轉/滑行時對轉速反饋實時性的要求。
文檔編號G01P3/481GK103105503SQ20121054077
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)明者張瑞珍, 劉景來, 杜亞彬, 曹富智 申請人:中國北車集團大連機車車輛有限公司