CN103105503B - 基于磁电式传感器的机车牵引电机转速信号的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明记录传感器脉冲信号的本次及上次上升沿的触发时间，得出本次时间差△Tm、频率Fm=1/△Tm及牵引电机转速本次检测值Nm；当机车处于牵引或制动模式时，检测牵引电机电流值Im，计算牵引电机电流平均值Iavr、牵引电机电流不平衡度εm、牵引电机转速平均值Navr，如果Nm<Navr×η且εm<εmax连续重复超过设定次数R，则判定第m传感器为故障状态；当机车处于非牵引且非制动模式时，如果Nm<Navr×η连续重复超过设定次数R，则判定第m传感器故障为故障状态；对非故障第m传感器，如果不等式Nm>Nmc+△N为真，则令Nmc=Nmc+△N；否则，如果不等式Nm<Nmc-△N为真，则令Nmc=Nmc-△N；否则令Nmc=Nm。剔除故障传感器，消除干扰，满足空转/滑行时对转速反馈实时性的要求。

Description

基于磁电式传感器的机车牵引电机转速信号的检测方法
技术领域
本发明涉及一种基于磁电式传感器的机车牵引电机转速信号的检测方法，属于铁路机车技术领域。
背景技术
在轨道上运行的机车车辆，牵引力及制动力很大程度上受制于轮轨间的粘着力。随着现代化铁路的不断发展，货运列车载重的不断增大，客运列车运行速度的不断提高，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。
列车车轮的连续空转或滑行会造成车轮踏面擦伤，如果发生定位式空转还会摩擦出严重的钢轨凹坑，将导致换轨维修，干扰线路正常使用。当制动力超过粘着力时，车轮转速急剧降低甚至停转，产生滑行。列车制动滑行会产生轮轨发热、轮轨擦伤等现象，严重时还会影响机车的安全运行，危害极大。
为了能使列车装备高效安全可靠的防空转、防滑行控制系统，许多方面做了长期的大量的研究工作，探求以实际测量的牵引电机转速作为基础，计算出各轴的速度差，各轴的轴加速度及其加速度微分，建立数学模型,并应用这些参数联合控制。
机车牵引电机转速检测的常用的方法是在牵引电机小齿轮上安装测速齿轮，测速齿轮与速度传感器之间有间隙，当车轮转动时，速度传感器产生正比于车轮速度的交变的频率信号。牵引电机轴通过小齿轮和大齿轮与车轮相连，车轮每旋转一周，传感器就输出一定数量的脉冲，所以感应出的交变信号的频率与机车牵引电机转速成正比。对于这种传感器给出的脉冲信号，一种采用较多的处理方法是定时采样，检测一定时间范围内的脉冲数，然后计算。由于速度信号中经常夹杂一些高频信号，这些高频振荡信号容易使控制装置检测到错误的转速值，因此信号处理部分使用数字低通滤波器滤去有用信号中的高频噪声。这种速度检测方式的精度低、实时性差。由于控制系统只能检测脉冲信号上升沿的个数，只能精确到个位，而测速齿轮的齿数较少，如果定时采样周期短，虽然实时性能够有所好转，但是采样的精度差；如果定时采样周期较长，虽然精度能够有所提高，但是实时性会降低。由于线路状况、振动、电磁干扰、传感器固定状态等因素的影响，机车轮对发生空转和滑行等情况时，传感器产生的脉冲信号中不但夹杂着高频信号，而且脉冲信号波形本身也会受到很多影响，脉冲信号的幅值、过零点都会发生相应的变化，甚至产生脉冲丢失现象。还有一种处理方法是采用多次检测速度信号平均值，或去除多次检测值中的最大值和最小值，然后对剩余检测值进行平均值处理。虽然可以在一定程度上滤除干扰信号，但转速信号检测滞后，空转滑行控制的实时性差。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种适用于防滑行、防空转控制系统的基于磁电式传感器的机车牵引电机转速信号的检测方法，。
本发明的目的是这样实现的：一种基于磁电式传感器的机车牵引电机转速信号的检测方法，其特征在于采取下列步骤：
A.利用定时器记录传感器脉冲信号的本次及上次上升（或下降）沿的触发时间，得出本次时间差△Tm及频率Fm=1/△Tm，进而得出牵引电机转速本次检测值Nm=60×Fm/Z（其中：Z-牵引电机测速齿轮齿数，m为牵引电机的轴号）；
B.当机车处于牵引或制动运行模式时，检测牵引电机电流值Im，计算牵引电机电流平均值Iavr，计算牵引电机电流不平衡度εm=|（Im-Iavr）/Iavr|,计算牵引电机转速平均值Navr，如果Nm<Navr×η且εm<εmax连续重复超过设定次数R，则判定第m传感器为故障状态；当机车处于非牵引且非制动模式时，如果Nm<Navr×η连续重复超过设定次数R，则判定第m传感器故障为故障状态（其中：εmax-电流不平衡度最大限制值，η-转速不平衡度限制值，R-重复次数）；
C.对非故障第m传感器，判断不等式Nm>Nmc+△N是否为真：如果是，则令Nmc=Nmc+△N；否则进一步判断不等式Nm<Nmc-△N是否为真：如果是，则令Nmc=Nmc-△N；否则令Nmc=Nm（其中：Nm-转速检测值，Nmc-转速修正值，△N-转速增、减量最大限制值）。
为了更好地实现本发明的目的，上述步骤B中的连续重复设定次数取值范围为3～5。
为了更好地实现本发明的目的，上述步骤C中的转速增、减量最大限制值按以下经验公式取值：△N=3600/（Z×U）（其中：Z-牵引电机测速齿轮齿数，U-齿比）。
采用本发明的方案，不仅可以准确剔除故障传感器，而且对于非故障传感器，既能消除由于干扰或振动等偶然因素造成的转速突变，又能满足空转/滑行时所需的转速反馈实时性的要求。可消除由于线路状况、振动、电磁干扰、传感器固定状态等因素的影响，提高防止制动滑行及牵引空转控制的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的输入捕捉中断子程序流程框图。
图2为本发明实施例的转速测量子程序流程框图。
图3为本发明实施例的转速传感器故障诊断子程序流程框图。
图4为本发明实施例的电流不平衡度最大限制值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，输入捕捉中断子程序首先在框1.1关闭输入捕捉中断，在框1.2清除输入捕捉中断标志。然后进入框1.3执行牵引电机转速测量子程序，然后在框1.4打输入捕捉中断，为下一次输入捕捉中断作好准备。然后中断子程序运行结束。
参看图2。牵引电机转速测量子程序在框2.1判断传感器故障标志为真吗？如果是则进入框2.13执行Nmc=0，如果否在框2.2读取寄存器TMR2的内容并赋予Tmt，即Tmt=TMR2，在框2.3计算时间差△T=Tmt–Tml，在框2.4执行Tml=Tmt，在框2.5计算输入信号的频率Fm=1/△T，在框2.6计算牵引电机转速Nm=60×Fm/Z（其中：Z-牵引电机测速齿轮齿数，m为牵引电机的轴号），在框2.7执行牵引电机转速传感器故障诊断子程序，在框2.8判断是否Nm>Nmc+△N：是则在框2.9执行Nmc=Nmc+△N；否则进入框2.10。在框2.10，判断是否Nm<Nmc-△N：是则进入框2.11，令Nmc=Nmc-△N；否则进入框2.12，令Nmc=Nm。其中△N按经验公式取值：△N=3600/（Z×U）（其中：Z-牵引电机测速齿轮齿数，U-齿比）。例如：Z=60，U=93/17，△N=11。
参看图3。传感器故障诊断子程序在框2.8.1判断机车运行模式是否为牵引模式：如果是进入框2.8.3；否则进入框2.8.2。在框2.8.2，判断机车运行模式是否为制动模式：是则进入框2.8.3；否则进入框2.8.13。在框2.8.3，检测各个牵引电机电流值Im。进入框2.8.4，计算牵引电机电流平均值Iavr。进入框2.8.5，计算各个牵引电机电流不平衡度εm=|（Im-Iavr）/Iavr|。进入框2.8.6，计算电流不平衡度最大限制值为εmax。进入框2.8.7，计算牵引电机转速平均值Navr。进入框2.8.8，判断是否Nm<Navr×η（η为转速不平衡度限制值，在本实施例中η取50%）且εm<εmax：是则进入框2.8.9；否则进入框2.8.10，将计数器T置0后，程序结束。在框2.8.9，计数器T加1。进入框2.8.11，判断是否T＞△T（取值3～5）：是则进入框2.8.12，置传感器故障标志为真，发送相应报警信息，并将该轴转速信号忽略，Nm不作为空转/滑行的判断依据，程序结束；否则程序结束。在框2.8.13，计算牵引电机转速N1～N6的平均值Navr。进入框2.8.14，判断是否Nm<Navr×η：是则进入框2.8.15，将计数器T置0；否则进入框2.8.16，计数器T加1。进入框2.8.17，判断是否T＞△T：是则进入框2.8.18置传感器故障标志为真，发送相应报警信息，并将该轴转速信号忽略，Nm不作为空转/滑行的判断依据，程序结束；否则程序结束。
参看图4。计算电流不平衡度最大限制值为εmax程序在框3.1中判断Iavr>Imax*80%吗？如果是则进入框3.4执行εmax=10%，然后程序结束，否则在3.2中判断Iavr>Imax*50%吗？如果是则进入框3.5执行εmax=12%，然后程序结束，否则在框3.3中执行εmax=15%，然后程序结束。
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 (3)

1.一种基于磁电式传感器的机车牵引电机转速信号的检测方法，其特征在于采取下列步骤：
A.利用定时器记录传感器脉冲信号的本次及上次上升或下降沿的触发时间，得出本次时间差△Tm及频率Fm=1/△Tm，进而得出牵引电机转速本次检测值Nm=60×Fm/Z，其中：Z-牵引电机测速齿轮齿数，m为牵引电机的轴号；
B.当机车处于牵引或制动运行模式时，检测牵引电机电流值Im，计算牵引电机电流平均值Iavr，计算牵引电机电流不平衡度εm=|（Im-Iavr）/Iavr|,计算牵引电机转速平均值Navr，如果Nm<Navr×η且εm<εmax连续重复超过设定次数R，则判定第m传感器为故障状态；当机车处于非牵引且非制动模式时，如果Nm<Navr×η连续重复超过设定次数R，则判定第m传感器故障为故障状态，其中：εmax-电流不平衡度最大限制值，η-转速不平衡度限制值，R-重复次数；
C.对非故障第m传感器，判断不等式Nm>Nmc+△N是否为真：如果是，则令Nmc=Nmc+△N；否则进一步判断不等式Nm<Nmc-△N是否为真：如果是，则令Nmc=Nmc-△N；否则令Nmc=Nm，其中：Nm-转速检测值，Nmc-转速修正值，△N-转速增、减量最大限制值。
2.根据权利要求1所述的基于磁电式传感器的机车牵引电机转速信号的检测方法，其特征在于所述步骤B中的连续重复设定次数取值范围为3～5。
3.基于磁电式传感器的机车牵引电机转速信号的检测方法，其特征在于所述步骤C中的转速增、减量最大限制值按以下经验公式取值：△N=3600/（Z×U），其中：Z-牵引电机测速齿轮齿数，U-齿比。
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