CN103010049B - 直流传动机车防滑行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的直流传动机车防滑行控制方法，根据机车运行状态生成发电机励磁电流控制值VTout；实时检测各牵引电机的电流值；计算电流差给定值VIref；计算电流差反馈值VIfdb；计算电流下降率给定值VAref；计算电流下降率反馈值VAfdb；将VIref及VIfdb送入电流差PID闭环控制器VI，得出VIout；将VAref及VAfdb送入电流下降率PID闭环控制器VA，得出VAout；检测手柄位信号；如果手柄位降低或在手柄位降低时刻延时时间内，按VIout、VTout中最小值控制发电机励磁电流；如果手柄位保持或增加，按VIout、VAout、VTout中最小值控制发电机励磁电流。

Description

直流传动机车防滑行控制方法

技术领域

本发明涉及一种直流传动机车防滑行控制方法，属于铁路机车技术领域。

背景技术

轮对产生的轮周牵引力或制动力大于轮轨间的粘着力时车轮就会发生空转或打滑，轮轨间的粘着力受轮轨表面状况(轨面有凹坑、水、雪、霜、油)、线路状况(坡道、路基、曲线、道岔)、机车轴重分配等因素的影响，并且与司机操纵方式及机车运行速度有关。空转或打滑会使轮轨发热、轮轨擦伤，严重时还会影响机车的安全运行，危害极大。轮轨之间的粘着是一个具有不确定性的复杂时变系统，最大化地利用轮轨粘着力，并且有效防止牵引空转或制动滑行，已经成为世界铁路机车车辆制动领域发展的方向。

在防止制动滑行方面，主要是以速度差、减速度、滑移率为检测对象，只要有一个检测参数超过设定值，就立即降低制动力并撒砂，比如电阻制动时立即降低励磁电流，空气制动时对制动缸进行大量排气。判断滑行的依据大多以经验公式或经验数据值来判断，但很难适应于不同的轮轨表面状况、线路状况、司机操纵方式、机车运行速度等外部条件，很难准确的判断滑行时刻，滑行判断提前，会使制动力损失过大，无法充分利用轮轨间的粘着，滑行判断滞后，就会产生滑行，造成踏面擦伤，起不到防滑作用，即使判断滑行的时刻比较准确，降低多少制动力，持续多长时间仍极难把握，很难实现既能充分利用粘着，又能防止滑行。

进一步的方案是用速度差、减速度及减速度微分联合控制，不再采用只要有一个检测参数超过设定值，就立即降低制动力并撒砂，而是同时观测多个参数，对粘着利用状况进行综合评估，然后综合判断滑行。滑行时刻判断的准确度虽然有所提高，但是降低多少制动力，持续多长时间仍极难把握，很难给出一个定量的合理值，因此，难以实现既能充分利用粘着，又能防止滑行。

还有一种防止制动滑行的方案是采用模糊控制法。模糊控制法不需要详细了解防滑系统的精确数学模型，而是充分利用人的经验，模仿人的思维方式，将人的控制经验形式化并引入控制过程，模糊控制系统通常由输入输出接口、模糊控制器、执行机构、传惑器和被控对象五个部分构成，其中模糊控制器是模糊控制系统的核心。由于模糊控制器的设计很大程度上依赖于现场人员的实际经验，这就要求在实际过程中要大量结合实际来选择控制量和设计控制规则。选取控制量是否合理以及控制规则的效果如何，必须编制大量的程序来进行仿真分析，或者等到控制器设计完成后通过实验来分析验证。显然，这两种方法都需要相当多的时间和精力，而且需要反复的实验分析才能最终确定，整个过程繁琐并且工作量较大。

另外，在很多机车上，既没有安装差动继电器，又没有安装牵引电机转速传感器，这使得机车完全失去粘着控制，机车的性能和安全性都受到影响。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种在没有牵引电机转速传感器情况下，基于牵引电机电流反馈下的直流传动机车防滑行控制方法，最大化地利用轮轨粘着力，并且有效防止牵引空转或制动滑行。可实现机车全天候的防滑行控制。机车的滑行可分异步滑行和同步滑行，异步滑行指机车的各个车轮不同时或不同步滑行，各轴之间存在较大的转速差，此时各个牵引电机的制动电流也有较大的差异；同步滑行指机车的各个车轮产生了同时滑行，在同步滑行的情况下，各轴之间存在的转速差很小，但是转速的下降率很大，此时各个牵引电机的制动电流的下降率很大。通过控制控制发电机励磁电流(或可控硅触发角)，限制由于滑行造成的各个牵引电机电流差和电流下降率，可实现防滑行的控制目标。

本发明的目的是这样实现的：一种直流传动机车防滑行控制方法，其特征在于采取下列步骤：

1、一种直流传动机车防滑行控制方法，其特征在于采取下列步骤：

A.根据机车运行状态生成发电机励磁电流控制值VTout，且限制VTmin≤VTout≤VTmax；

B.检测各牵引电机的电流值Im，计算所有牵引电机中的最大电流值Imax及最小电流值Imin；

C.计算电流差给定值VIref＝50+Im/20及电流下降率给定值VAref＝10+Im/60；

D.计算电流差反馈值VIfdb＝Imax-Imin；

E.计算电流下降率反馈值VAfdb等于各牵引电机电流下降率最大值；

F.将VIref及VIfdb送入电流差PID闭环控制器VI，得出电流差控制值VIout，且限制VTmin≤VTout≤VTmax；

G.将VAref及VAfdb送入电流下降率PID闭环控制器VA，得出电流下降率控制值VAout，且限制VTmin≤VTout≤VTmax；

H.检测手柄位信号，如果手柄位降低或在手柄位降低时刻延时T时间内，按VIout、VTout两者中最小值控制发电机励磁电流；否则按电流差控制值VIout、电流下降率控制值VAout、发电机励磁电流控制值VTout三者中的最小值控制发电机励磁电流；

附图说明

图1为本发明实施例的交直流电传动内燃机车电阻制动主电路原理图。

图2为本发明实施例的中断子程序流程框图。

图3为本发明实施例的防滑行控制子程序流程框图。

图4为本发明实施例的手柄位状态检测子程序流程框图。

图5为本发明实施例的牵引电机电流下降率反馈值子程序流程框图。

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做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1，本发明实施例的交直流电传动内燃机车电阻制动主电路，牵引电机M1～M6分别以Rz为负载以发电机方式运行。主发电机发出的三相交流电经MRC主整流柜整流后向牵引电机M1～M6串联的励磁绕组供电。通过调节PWM信号的脉冲宽度值即可调整流过六个牵引电机的励磁绕组的励磁电流，实现牵引电机制动电流的调整，进而实现制动力的调整。因此，PWM信号的脉冲宽度值即等效于牵引电机制动力控制值。

参看图2。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，判断牵引指令是否为真：如果是，则进入框1.4，执行防空转控制子程序，否则进入框1.5。在框1.5，判断制动指令是否为真：如果是，则进入框1.6执行防滑行控制子程序；否则进入框1.7。在框1.7，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3。防滑行控制子程序在框2.1计算VTout并限制于VTmin至VTmax，在框2.2检测各牵引电机的电流值Im，在框2.3计算所有牵引电机中的最大电流值Imax及最小电流值Imin，在框2.4计算电流差给定值VIref＝50+Im/20，在框2.5计算电流差反馈值VIfdb＝Imax-Imin，在框2.6计算电流电流下降率给定值VAref＝10+Im/60，在框2.7计算各牵引电机电流下降率反馈值，在框2.8计算电流下降率反馈值VAfdb等于各牵引电机电流下降率反馈值中最大值，在框2.9计算VIout并限制于VTmin至VTmax，在框2.10计算VAout并限制于VTmin至VTmax，在框2.11手柄位状态检测子程序，在框2.12判断手柄位降低标志为1？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按上述最小值计算PWM脉冲宽度控制值。然后防滑行控制子程序运行结束。

参看图4。手柄位状态检测子程序在框3.1检测手柄位信号Nt，在框3.2判断条件Nt<Nl吗？，如果是在框3.3将手柄位降低标志置1，在框3.4执行Nl＝Nt，在框3.5执行Tn＝0，然后程序结束，如果否在框3.6判断Tn<Tdly吗？如果是在框3.9执行Tn＝Tn+1，然后程序结束，如果否在框3.7执行Tn＝Tdly，然后在框3.8执行手柄位降低标志清0，然后程序结束。

参看图5。牵引电机电流下降率反馈值子程序(牵引电机电流下降率反馈值计算为例)在框4.1执行i＝10，在框4.2判断i>0吗？如果是在框4.3执行I 1s[i]＝I 1s[i-1]，在框4.4执行执行i＝i-1，在框4.5执行[0]＝I 1，然后进入框4.6执行VAfdb＝I 1s[10]-I 1s[0]，然后该子程序运行结束

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)

1.一种直流传动机车防滑行控制方法，其特征在于采取下列步骤：

A.根据机车运行状态生成发电机励磁电流控制值VTout，且限制VTmin≤VTout≤VTmax；

B.检测各牵引电机的电流值Im，计算所有牵引电机中的最大电流值Imax及最小电流值Imin；

C.计算电流差给定值VIref＝50+Im/20及电流下降率给定值VAref＝10+Im/60；

D.计算电流差反馈值VIfdb＝Imax-Imin；

E.计算电流下降率反馈值VAfdb等于各牵引电机电流下降率最大值；

F.将VIref及VIfdb送入电流差PID闭环控制器VI，得出电流差控制值VIout，且限制VTmin≤VTout≤VTmax；

G.将VAref及VAfdb送入电流下降率PID闭环控制器VA，得出电流下降率控制值VAout，且限制VTmin≤VTout≤VTmax；

H.检测手柄位信号，如果手柄位降低或在手柄位降低时刻延时T时间内，按VIout、VTout两者中最小值控制发电机励磁电流；否则按电流差控制值VIout、电流下降率控制值VAout、发电机励磁电流控制值VTout三者中的最小值控制发电机励磁电流。