CN102185552B - 电传动内燃机车实时恒功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的电传动内燃机车实时恒功率控制方法，先设定柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻标准值的对应关系，然后检测柴油机转速、主辅发电机输出电压和电流以及油马达电阻的实时值，计算主辅发电机输出功率以及柴油机输出功率的实时值，确定油马达电阻的实时标准值，将油马达电阻的实时值与实时标准值进行比较，根据比较结果修正当前主发电机输出功率给定值。机车起动和调速性能大大提高、控制更加精确、避免柴油机因超负荷或负载突变而引起转速下降或转速波动、出现游车现象。

Description

电传动内燃机车实时恒功率控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机车控制技术，尤其涉及一种电传动内燃机车实时恒功率控制方法。

背景技术

过去，电传动内燃机车采用转速-功率联合调节器，通过调节燃油喷射量来实现各种工况下柴油机的调速及功调各系统的动作过程。联合调节器的油马达上安装有可变的功调电阻，称为油马达电阻(阻值在0～500Ω之间变化)。油马达电阻的电刷固定在油马达的输出轴上。联合调节器通过功调滑阀柱塞位置的变化来控制油马达输出轴的转角，也就同时控制了油马达电阻的阻值。利用油马达电阻的阻值变化控制励磁电流的大小，实现对机车主发电机输出功率的控制，这就是内燃机车的油马达励磁系统(见图1)。柴油机在低转速小功率工况下，因结构关系，油马达回转板不动作，油马达电阻的阻值为最大值；当柴油机在较高转速下，按转速/功率曲线运行时，油马达电阻的阻值随着柴油机转速及功率的增加而逐渐变小，当柴油机在额定工况下，调整油马达电阻的阻值，则该阻值即为柴油机在额定工况下的油马达电阻的最小值(最小油马达电阻限制值)。当油马达电阻小于这一最小油马达电阻限制值时，说明柴油机过载。在柴油机过载或负荷突增情况下，曲轴转速下降，飞锤内收，柱塞下降，动力活塞上升，联合杠杆摆动，功调滑阀上升，油马达回转板逆时针转，油马达电阻增大，励磁电流减小，主发电机加给柴油机的载荷减小，使曲轴转速上升，柱塞上升，动力活塞复降；最后调节的结果使功调滑阀及柱塞皆回中立位，动力活塞回原位，曲轴转速及缸内喷油量不变，使柴油机输出功率不变；柴油机在负荷瞬减情况下，调节过程相反，调节的结果使油马达回转板顺针转，油马达电阻减小，励磁电流增大，主发电机加给柴油机的载荷增大，柴油机则保持转速、喷油量及输出功率三者不变。

油马达励磁系统存在以下问题：

1、机车加载时，励磁电流没有上升率控制，机车起动不平稳；

2、油马达电阻串接在测速发电机TG的励磁绕组中，作为机车励磁系统起始调控环节，经TG、励磁机EXC进行功率放大，最后去控制主发电机MG的励磁，励磁系统复杂。

后来采用了电子励磁和油马达励磁相结合的励磁系统，通过电子励磁和油马达励磁相结合的控制方式，既保留了油马达励磁简单、可靠、高速区恒柴油机功率的优点，而又能完全克服它的缺点，做到油马达励磁与电子恒功互不牵扯，两者既独立又能联合地工作，使机车牵引起动、加速性能大为提高。典型的电子励磁和油马达励磁相结合的励磁系统是LTQ-II型励磁调节器的励磁系统。但是这种方案存在以下问题：

1、油马达电阻和微机励磁的开关管并联，然后串接在测速发电机TG的励磁绕组中，作为机车励磁系统起始调控环节，经TG、励磁机EXC进行功率放大，最后去控制主发电机MG的励磁，励磁系统复杂；

2、测速发电机一旦发生故障，机车只能靠故障励磁工作，容易造成击破。

现在，随着微机的快速发展，很多电传动内燃机车取消了油马达励磁系统，而改用双备份的微机励磁系统，通过检测柴油机转速，PWM控制电子开关器件的开通与关断，控制励磁电流的大小，实现任意柴油机转速下的主发电机恒输出功率控制、限输出电压控制、限输出电流控制，使机车起动、调速性能大大提高。这种方案存在以下问题：

柴油机总有出现性能下降或者故障的可能性，例如喷油器雾化不良或某一气缸损坏须切缸停止工作等。这时柴油机发出的功率将达不到规定值，如果主发电机输出电功率仍按柴油机正常时的数值，势必会使柴油机超负荷工作或使柴油机负担不了，引起转速下降或转速波动，出现游车现象，如果不对柴油机的输出功率进行修正，会使柴油机油耗上升、性能下降，甚至引起柴油机故障。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种使机车起动和调速性能大大提高、控制更加精确、避免柴油机因超负荷或负载突变而引起转速下降或转速波动、出现游车现象的电传动内燃机车实时恒功率控制方法。

本发明的目的是这样现的：一种电传动内燃机车实时恒功率控制方法，其特征在于采取下列步骤：

A.设定柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻标准值的对应关系；

B.检测柴油机转速、主发电机输出电压和电流、辅助发电机输出电压和电流以及油马达电阻的实时值；

C.计算主发电机输出功率、辅助发电机输出功率以及柴油机输出功率的实时值；

D.确定油马达电阻的实时标准值；

E.将油马达电阻的实时值与实时标准值进行比较，根据比较结果修正当前主发电机输出功率给定值；

F.返回步骤B。

采用本发明的方案，根据不同柴油机转速及功率下，对应的不同油马达电阻的阻值标准值，通过实时检测油马达电阻阻值，与该柴油机转速及功率下油马达电阻阻值标准值比较，所检测油马达电阻阻值如果比油马达电阻阻值标准值低，说明柴油机过载；否则，说明柴油机轻载。这样就可以实现柴油机负载状态监测。利用油马达电阻阻值修正主发电机输出功率的给定值；利用油马达电阻阻值变化率修正主发电机输出功率的给定值加、减速率，不仅能够实现任意柴油机转速下的主发电机恒输出功率控制、限输出电压控制、限输出电流控制，使机车起动、调速性能大大提高，控制更加精确，而且在柴油机出现性能下降或者故障时，对柴油机的输出功率及输出功率加、减速率进行修正，使主发电机输出电功率调整到适当的值，使柴油机不会因超负荷或负载突变，而引起转速下降或转速波动，出现游车现象。

附图说明

图1为现有技术中的油马达励磁系统原理示意图。

图2为本发明实施例的电传动内燃机车实时恒功率控制装置原理示意图。

图3本发明实施例的油马达电阻检测电路原理示意图。

图4为本发明实施例建立柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻阻值三维关系的工作流程框图示意图。

图5为本发明实施例控制程序中的中断子程序流程框图示意图。

图6为本发明实施例控制程序中的柴油机状态监测及实时恒功率控制子程序流程框图示意图。

图7为本发明实施例控制程序中的计算油马达电阻阻值标准值子程序流程框图示意图。

图8为本发明实施例控制程序中的修正主发电机输出功率子程序流程框图示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图2，本实施例的电传动内燃机车实时恒功率控制装置，包括联合调节器、油马达电阻、柴油机转速及主、辅发电机电压电流检测电路、励磁控制电路、油马达电阻检测电路、微机控制器。联合调节器通过其功调滑阀柱塞位置的变化来控制其油马达输出轴的转角。油马达电阻的电刷固定在油马达的输出轴上，随油马达输出轴转角的变化而改变其电阻输出值。油马达电阻检测电路的输出信号送至微机控制器。柴油机转速及主、辅发电机电压电流检测电路的输出信号送至微机控制器。微机控制器接收油马达电阻检测电路和柴油机转速及主、辅发电机电压电流检测电路的信号，通过励磁控制电路调节主发电机励磁绕组的励磁。

参看图3，本实施例中的油马达电阻检测电路采用了AD7783芯片模块，电流源(IOUT1)和输入端AIN1(+)通过电阻RL1接至油马达电阻的1端，电流源(IOUT2)和输入端AIN1(-)通过电阻RL2接至油马达电阻的2端，电阻RL1与RL2的阻值相等，因此AIN1(+)与AIN1(-)之间不会产生误差电压。基准电压端REFIN(+)通过电阻RL3接至油马达电阻的2端，基准电阻(Rref)的一端接至基准电压端REFIN(+)，另一端接地，将确保模拟输入电压与基准电压成比率。因油马达电阻检测模块电流源温漂而引起的模拟输入电压的任何误差，都可以通过基准电压的偏差进行补偿。模块的输出端DOUT接至微机控制器芯片DSPic30f6010A。DSPic30f6010A通过RE0、RE1、RE2分别与AD7783的SCLK、/CS，DOUT相连，通过SPI总线实时读取油马达电阻Rgt的阻值。此外，AD7783还配有32.768k晶振，作为外部时钟源。

基于上述本实施例的电传动内燃机车实时恒功率控制装置，其微机控制器的控制方法采取下列步骤：

A.设定柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻标准值的对应关系；

B.检测柴油机转速、主发电机输出电压和电流、辅助发电机输出电压和电流以及油马达电阻的实时值；

C.计算主发电机输出功率、辅助发电机输出功率以及柴油机输出功率的实时值；

D.确定油马达电阻的实时标准值；

E.将油马达电阻的实时值与实时标准值进行比较，根据比较结果修正当前主发电机输出功率给定值；

F.返回步骤B。

下面详述上述步骤。

参看图4。建立柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻阻值三维关系的工作流程是：在框3.1测量在不同柴油机转速及柴油机输出功率下油马达电阻的阻值。在框3.2获取柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻的对应关系。在框3.3将柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻阻值之间的关系以三维表格的形式存储在CPU中。

参看图5。本实施例应用定时器1中断产生10mS定时中断。中断子程序首先在框1.1关闭定时器1中断，在框1.2清除定时器1中断标志。然后进入框1.3，调用柴油机状态监测及实时恒功率控制子程序。在框1.4打开定时器1中断，为下一次定时器1中断作好准备。然后中断子程序运行结束。

参看图6。柴油机状态监测及实时恒功率控制子程序在框2.1检测柴油机转速，在框2.2检测主发电机输出电压，在框2.3检测主发电机输出电流，在框2.4检测辅助发电机输出电压，在框2.5检测辅助发电机输出电流，在框2.6计算主发电机输出功率，在框2.7计算辅助发电机输出功率，在框2.8计算主发电机效率η1、辅助发电机效率η2，在框2.9计算柴油机输出功率。在框2.10调用计算油马达电阻阻值标准值子程序，计算油马达电阻阻值标准值RgtRef。在框2.11检测油马达电阻信号。在框2.12计算油马达电阻实时阻值RgtFbk。在框2.13根据RgtRef、RgtFbk的比较结果修正当前主发电机输出功率给定值。然后柴油机状态监测及实时恒功率控制子程序结束。

参看图7。计算油马达电阻阻值标准值子程序在框2.10.1读取检测得到的柴油机转速及计算得到的柴油机输出功率。在2.10.2调用柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻阻值三维关系表格。在框2.10.3根柴油机转速及柴油机输出功率以差值运算方法计算马达电阻阻值标准值RgtRef。

参看图8。修正主发电机输出功率子程序在框2.13.1读取油马达电阻标准值RgtRef及油马达电阻实际值RgtFbk。然后进入判断框2.13.2，将油马达电阻标准值RgtRef及油马达电阻实际值RgtFbk进行比较，如果RgtRef大于RgtFbk，则进入框2.13.3；如果RgtRef不大于RgtFbk，则进入判断框2.13.7。在判断框2.13.7，如果RgtRef小于RgtFbk，则进入框2.13.8，减小柴油机输出功率给定值后，结束子程序；如果RgtRef不小于RgtFbk，则结束子程序。在框2.13.3读取当前柴油机转速下的柴油机最大输出功率限制值KwLimit。在框2.13.4计算当前柴油机输出功率值KwFbk。然后进入判断框2.13.5，比较KwLimit和KwFbk：如果KwLimit大于KwFbk，则进入框2.13.6，增大柴油机输出功率给定值；如果KwLimit不大于KwFbk，则结束子程序。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种电传动内燃机车实时恒功率控制方法，其特征在于采取下列步骤：

A.设定柴油机转速、柴油机输出功率与油马达电阻标准值的对应关系；

B.检测柴油机转速、主发电机输出电压和电流、辅助发电机输出电压和电流以及油马达电阻的实时值；

C.计算主发电机输出功率、辅助发电机输出功率以及柴油机输出功率的实时值；

D.确定油马达电阻的实时标准值；

E.将油马达电阻的实时值与实时标准值进行比较，根据比较结果修正当前主发电机输出功率给定值；

F.返回步骤B。

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