CN103101541B - 直流传动机车防空转控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的直流传动机车防空转控制方法，在牵引模式下，根据机车运行状态生成发电机励磁电流（或可控硅触发角）控制值VTout；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；检测并计算直流电压Vdc；计算直流电压上升率给定值VAref；计算直流电压上升率反馈值VAfdb；将VIref及VIfdb送入电流差PID闭环控制器VI，得出VIout；将VAref及VAfdb送入直流电压上升率PID闭环控制器VA，得出VAout；按VIout、VAout、VTout三者中最小值控制发电机励磁电流（或可控硅触发角）；本发明可实现无速度传感器情况下交直传动机车全天候的防空转控制。

Description

直流传动机车防空转控制方法

技术领域

本发明涉及一种直流传动机车防空转控制方法，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。

在防止牵引空转方面，一种常用的方案是在机车主电路中配装有3个差动继电器，每个差动继电器与两台牵引电机相连，以它们作为空转信号的检测装置，机车正常运行时，两台牵引电机相连的差动继电器两端的电压是平衡的。当有一个车轮发生空转时，该车轮的牵引电机与另一个车轮的牵引电机之间的电位差就会发生变化，使差动继电器得电，使串联在该差动继电器常开触点电路中的声光报警器接通，发出空转报警。司机发现空转报警后，手动撒沙、降功率。通过差动继电器与两台牵引电机相连，由于牵引电动机在低速和高速情况下电机反电势相差非常大，相同的电压差并不能表明不同的机车速度下不同电压等级下，牵引电机反电势的变化率，利用电压差并不能准确判断牵引电机在不同机车速度下是否真的发生空转以及发生空转的严重程度，当发生严重的同步空转的情况下，差动继电器两端电压会十分接近，致使空转继电器不动作。当司机看到空转指示灯亮之后再脚踏撒砂，同时通过手动操作削减机车牵引功率来制止空转。这个操作过程时间比较长，而且很难把握减多少功率合适。

进一步的方案是在上述基础上，差动继电器得电动作，在差动继电器常开触点电路中串入中间继电器，利用该中间继电器控制机车自动减载及撒沙。但是一方面如上所述，差动继电器并不能准确判断机车空转；另一方面，差动继电器控制中间继电器，亦不能准确控制机车自动减载的大小和持续时间，很难收到良好的控制效果；再者，该方案无法实现空转的预判并通过撒沙缓解空转，只能实现撒沙控制与减载控制同步进行，不能最大的利用粘着牵引力。

现有技术中还有一种防空转方案，即检测机车各个牵引电机转速和电流，通过计算转速差、车轮加速度、加速度微分信号及电流差、电流变化率等参数，并且设定这些参数的限定值，当超过或低于这些限制值时，即判断为空转，根据这些参数的大小，判断减载率百分比及减载持续时间，并判断是否执行撒沙及撒沙执行时间。该方案逐渐成为目前防空转控制的主流技术方案。但是在实际应用中，存在以下很多缺点：在不同机车速度、不同牵引电机电流下，不同的转速差、车轮加速度、加速度微分值及电流差、电流变化率，机车减载率百分比、减载持续时间、撒沙执行时间存在很大差异，尤其是当空转处于不同阶段时，即使是相同的反馈参数，减载率百分比、减载持续时间、撒沙执行时间仍存在很大差异，因此，采用该技术方案，要想实时获得合适的减载率百分比、减载持续时间、撒沙执行时间几乎是不可能的，不是不能充分利用粘着牵引力，就是空转不能得到有效抑制；控制系统软件非常复杂，控制环节太多，而且各个环节相互影响，经常是调节某个环节，又给其他环节带来影响；会给现场调试带来相当大的难度，不断的控制减载，空转缓解后再加载，在此过程中，如果加载率太快，会使牵引电机的输出转矩处于上下波动状态，容易引起更大的空转，如果加载率太慢，则机车会很快因丧失足够的牵引力而使机车速度迅速下降，甚至停在坡道上；在机车牵引电机发生空转时，很难根据转速差、车轮加速度、加速度微分信号及电流差、电流变化率等参数，选取合适的减载时刻、减载率百分比及减载持续时间，无法最大限度利用粘着牵引力。

还有一种防止空转的方案是采用模糊控制法。模糊控制法不需要详细了解防空转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，提供一种在没有差动继电器及牵引电机转速传感器情况下，基于牵引电机电流及直流电压反馈下的直流传动机车防空转控制方法，最大化地利用轮轨粘着力，并且有效防止空转。可实现机车全天候的防空转控制。机车的空转可分异步空转和同步空转，异步空转指机车的各个车轮不同时或不同步空转，各轴之间存在较大的转速差，此时各个牵引电机的牵引电流也有较大的差异；同步空转指机车的各个车轮产生了同步空转，在同步空转的情况下，各轴之间存在的转速差很小，但是转速的上升率很大，此时牵引电机的端电压上升率也很大。通过控制发电机励磁电流(或可控硅触发角)，限制由于空转造成的各个牵引电机电流差和直流电压上升率，可实现直流传动机车防空转的控制目标。

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

1、一种直流传动机车防空转控制方法，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/100；

D.计算电流差反馈值VIfdb＝Imax-Imin；

E.检测并计算直流电压Vdc；

F.计算直流电压上升率给定值VAref＝20+Vdc/50；

G.计算直流电压上升率反馈值VAfdb；

H.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；

I.将VAref及VAfdb送入直流电压上升率PID闭环控制器VA，得出电压上升率控制值VAout，且限制VTmin≤VTout≤VTmax；

J.按电流差控制值VIout、电压上升率控制值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牵引主电路原理图。

图2为本发明实施例的中断子程序流程框图。

图3为本发明实施例的空转控制子程序流程框图。

图4为本发明实施例的直流电压上升率计算子程序流程框图。

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牵引主电路，通过微机控制主发电机励磁机的励磁电流，实现对主发电机整流后直流电压的控制。Rlt为励磁电阻，D1为续流二极管，Q1为场效应管，EXC为励磁发电机，ERC为励磁整流器，MG为主发电机，MRC为主整流器，M1～M6为牵引电机。机车微机控制器输出的PWM信号通过控制Q1的导通占空比，控制流过EXC的励磁线圈的励磁电流，EXC发出的三相交流电通过ERC整流后，为主发电机励磁绕组供电，主发电机发出的三相交流电经MRC主整流柜整流后向M1～M6供电。通过调节PWM信号的脉冲宽度值即可调整牵引电机的直流端电压，进而调整牵引电机牵引力，因此，PWM信号的脉冲宽度值即等效于牵引力控制值。

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。防空转控制子程序在框2.1计算VTout并限制于Vmin至Vmax，在框2.2检测各牵引电机的电流值Im，在框2.3计算最大电流值Imax及最小电流值Imin，在框2.4计算电流差给定值VIref＝50+Im/100，在框2.5计算电流差反馈值VIfdb＝Imax-Imin，在框2.6检测直流电压Vdc，在框2.7计算直流电压上升率给定值VAref＝20+Vdc/50，在框2.8计算直流电压上升率反馈值VAfdb，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取VIout、VAout、VTout三者中最小值，在框2.12计算PWM脉冲宽度控制值，然后防空转控制子程序运行结束。

参看图4。直流电压上升率计算子程序在框3.1执行i＝10，在框3.2判断i>0吗？如果是在框3.3执行Vdcs[i]＝Vdcs[i-1]，在框3.4执行i＝i-1，如果否，在框3.5执行Vdcs[0]＝Vdc，然后进入框3.6执行VAfdb＝Vdcs[0]-Vdcs[10]，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空转控制方法，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/100；

D.计算电流差反馈值VIfdb＝Imax-Imin；

E.检测并计算直流电压Vdc；

F.计算直流电压上升率给定值VAref＝20+Vdc/50；

G.计算直流电压上升率反馈值VAfdb；

H.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；

I.将VAref及VAfdb送入直流电压上升率PID闭环控制器VA，得出电压上升率控制值VAout，且限制VTmin≤VTout≤VTmax；

J.按电流差控制值VIout、电压上升率控制值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。