CN107487228A - 电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法 - Google Patents

电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，步骤如下：A.微机完成输出牵引力或输出制动力的基本计算；B.根据计算结果，微机可调整机车进入牵引‑电制动转换限定模式，输出预定牵引力或输出预定制动力；C.微机通过控制基本计算中的各项系数完成控制参数的自适应调节。本发明的有益效果是，第一，比例和积分环节共同作用以及控制参数自适应调节，提高了调节速度和精度，消除了检测等环节误差对恒速精度的影响。第二，限制了牵引/制动工况的转换频率，降低了冲动的发生，能够满足在坡道变化频繁、复杂的线路上平稳运用的需求。

Description

电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法
技术领域
本发明涉及一种电力机车平稳性的控制方法，尤其涉及一种电力机车恒速运行工况下的平稳性的控制方法。
背景技术
恒速运行工况是目前交流传动电力机车普遍具有的功能，是指机车自动实施牵引力或电制动力以保持恒定速度运行的一种工况。
恒速运行能够降低减少司机操纵频率，降低工作强度，特保适合长交路运行的客运列车。
恒速运行工况不仅要求机车能够在目标速度规定的范围运行，还要保证运行过程中的冲动尽量低，尤其是客运列车对运行平稳性提出了更高的要求。
电力机车恒速控制一般在微机控制系统中实施，微机控制系统计算出当前需要实施的牵引力矩指令，发送给牵引变流器，由牵引变流器实施力矩输出，调节机车速度，达到预期目标。
现有的机车恒定速度控制方法(CN201310548634.6)描述了一种由微机网络系统实施的恒速控制方法，其特征在于读取恒定速度指令的牵引力Fo、速度Vo的设定值，检测机车实际车速V，将实际车速V与指令速度Vo进行比较，如果︱Vo-V︱≦2，则使牵引力F＝Fo+50︱Vo-V︱；否则，使牵引力F＝Fo+150︱Vo-V︱。根据司机设定的速度，自动调节机车牵引、制动工况。
现有的机车恒定速度控制方法在实际应用中表现出机车速度波动范围大，无法满足恒定速度精度要求、牵引制动转换突然，列车运行冲动大、不适合线路起伏变化大的区段运行等不足之处，主要原因在于以下几个方面：
1、速度、牵引力等参数受硬件采样精度影响大。
2、控制策略仅采用比例环节，系数简单无法满足线路、负载变化对目标速度控制精度的影响。
3、没有进行牵引力与制动力转换的过度环节，导致牵引电制动工况转换时，输出力矩变化大，造成列车冲动大。
发明内容
本发明所解决的技术问题是针对现有的机车恒定速度控制方法存在的不足，提出一种电力机车恒速运行工况下的平稳性的控制方法，能够保证机车在目标速度运行的精度，实现牵引力和电制动力的平滑转换，从而提高机车运行的平稳性。。
本发明采用的技术方案是：电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，步骤如下：
A、微机完成输出牵引力或输出制动力的基本计算；
B、根据计算结果，微机可调整机车进入牵引-电制动转换限定模式，一旦进入该模式，将输出预定牵引力或输出预定制动力；
C、微机通过控制基本计算中的各项系数完成控制参数的自适应调节。
所述的输出牵引力或输出制动力的基本计算包括基础指令，比例调节和积分调节三个部分；基础指令用于使牵引力或制动力在进入恒速工况时机车输出的力矩不发生突变；比例调节使速度偏差变大时，能够快速响应，增加调节速度；积分环节采用离散化的处理方式，利用与目标速度的差值进行计算，使机车运行速度贴近目标速度，消除稳态误差。
所述的牵引-电制动转换限定模式下设有预定牵引力和预定制动力，当机车由牵引工况进入牵引-电制动转换限定模式时，如果微机正常计算的输出牵引力或输出制动力在预定牵引力和预定制动力之间，则输出指令为输出牵引力，数值等于预定牵引力；当机车由电制动工况进入牵引-电制动转换限定模式时，如果微机正常计算的输出牵引力或输出制动力在预定牵引力和预定制动力之间，则输出指令为输出制动力，数值等于预定电制动力；无论何种工况下，如果微机正常计算的输出牵引力大于预定牵引力或输出制动力小于预定电制动力，则退出牵引-电制动转换限定模式，按微机正常计算的输出牵引力或输出制动力输出。
所述的输出牵引力或输出制动力的基本计算的公式为：
Fn＝Fo+△V1*K1+∑Fp
Fp＝△V1*K2+△V2*K3
△V1＝Vo–Vn
△V2＝Va–Vn
Fn：输出牵引力或输出制动力；
Fo：恒速运行工况开始时的牵引指令值(牵引力或制动力)；
∑Fp：从恒速控制开始时的力矩总和；
Vo：恒速运行的目标速度
Vn：机车当前的运行速度
K1:比例系数
K2：增益系数
K3：积分系数
根据所述的△V1的绝对值对所述的K1、K2、K3进行调节，完成机车自适应调节。
所述的预定牵引力为正值，预定制动力为负值。
本发明的有益效果是，第一，比例和积分环节共同作用以及控制参数自适应调节，提高了调节速度和精度，消除了检测等环节误差对恒速精度的影响。
第二，限制了牵引/制动工况的转换频率，降低了冲动的发生，能够满足在坡道变化频繁、复杂的线路上平稳运用的需求。
附图说明
图1为电力机车恒速运行工况下的平稳性控制实施流程图。
图中标记：Fn-输出牵引力或输出制动力，Fo-恒速运行工况开始时的牵引指令值(牵引力或制动力)，∑Fp-从恒速控制开始时的力矩总和，Vo-恒速运行的目标速度，Vn-机车当前的运行速度，K1-比例系数，K2-增益系数，K3-积分系数，f1-预定牵引力，f2-预定制动力，N-自适应调节参数
具体实施方式
下面结合附图对电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法进行进一步说明。
这种电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，按照下列步骤：
A、微机完成输出牵引力或输出制动力的基本计算；
B、根据计算结果，微机可调整机车进入牵引-电制动转换限定模式，一旦进入该模式，将输出预定牵引力或输出预定制动力；
C、微机通过控制基本计算中的各项系数完成机车自适应调节。
所述的输出牵引力或输出制动力的基本计算包括基础指令，比例调节和积分调节三个部分；基础指令用于使牵引力或制动力在进入恒速工况时机车输出的力矩不发生突变；比例调节使速度偏差变大时，能够快速响应，增加调节速度；积分环节采用离散化的处理方式，利用与目标速度的差值进行计算，使机车运行速度贴近目标速度，消除稳态误差。
所述的牵引-电制动转换限定模式下设有预定牵引力和预定制动力，当机车由牵引工况进入牵引-电制动转换限定模式时，如果微机正常计算的输出牵引力或输出制动力在预定牵引力和预定制动力之间，则输出指令为输出牵引力，数值等于预定牵引力；当机车由电制动工况进入牵引-电制动转换限定模式时，如果微机正常计算的输出牵引力或输出制动力在预定牵引力和预定制动力之间，则输出指令为输出制动力，数值等于预定电制动力；无论何种工况下，如果微机正常计算的输出牵引力大于预定牵引力或输出制动力小于预定电制动力，则退出牵引-电制动转换限定模式，按微机正常计算的的输出牵引力或输出制动力输出。
所述的输出牵引力或输出制动力的基本计算的公式为：
Fn＝Fo+△V1*K1+∑Fp
Fp＝△V1*K2+△V2*K3
△V1＝Vo–Vn
△V2＝Va–Vn
Fn：输出牵引力或输出制动力；
Fo：恒速运行工况开始时的牵引指令值(牵引力或制动力)；
∑Fp：从恒速控制开始时的力矩总和；
Vo：恒速运行的目标速度
Vn：机车当前的运行速度
K1:比例系数
K2：增益系数
K3：积分系数
为了使机车能够适应复杂线路的运用环境，平稳、快速调节机车速度，对三个系数进行动态调节。具体方式为按照△V1绝对值大小进行动态调节，根据所述的△V1的绝对值对所述的K1、K2、K3进行调节，完成控制参数的自适应调节。
所述的预定牵引力为正值，预定制动力为负值。
如图1所示，微机读取恒速运行工况开始时的牵引指令值(牵引力或制动力)Fo及恒速运行的目标速度Vo后，根据公式Fn＝Fo+△V1*K1+∑Fp，Fp＝△V1*K2+△V2*K3，△V1＝Vo–Vn，△V2＝Va–Vn计算，判断|△V1|是否大于等于自适应调节参数N，如果|△V1|大于等于自适应调节参数N，则比例系数K1＝a1；增益系数K2＝a2；积分系数K3＝a3(a1、a2、a3均为预定值，可根据具体情况确定其值)；若如果|△V1|小于自适应调节参数N，比例系数K1＝b1；增益系数K2＝b2；积分系数K3＝b3(b1、b2、b3均为预定值,可根据具体情况确定其值)。上述计算结束后，计算输出牵引力Fn或输出制动力Fn。此时对比输出牵引力Fn或输出制动力Fn与预定牵引力f1和预定制动力f2的大小，如果输出牵引力Fn或输出制动力Fn大于预定牵引力f1或输出牵引力Fn或输出制动力Fn小于预定制动力f2，则直接输出牵引力Fn或输出制动力Fn。如果输出牵引力Fn或输出制动力Fn小于预定牵引力f1且大于预定制动力f2时，当机车由牵引工况进入牵引-电制动转换限定模式时，输出的指令为输出牵引力Fn等于f1；如果输出牵引力Fn或输出制动力Fn小于预定牵引力f1且大于预定制动力f2时，当机车由电制动工况进入牵引-电制动转换限定模式时，输出的指令为输出牵引力Fn等于f2。
比例和积分环节共同作用以及控制参数自适应调节，提高了调节速度和精度，消除了检测等环节误差对恒速精度的影响。限制了牵引-电制动工况的转换频率，降低了冲动的发生，能够满足在坡道变化频繁、复杂的线路上平稳运用的需求。

Claims (6)

1.电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，其特征在于：步骤如下：
A、微机完成输出牵引力或输出制动力的基本计算；
B、根据计算结果，微机可调整机车进入牵引-电制动转换限定模式，一旦进入该模式，将输出预定牵引力或输出预定制动力；
C、微机通过控制基本计算中的各项系数完成控制参数的自适应调节。
2.根据权利要求1所述的电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，其特征在于：所述的输出牵引力或输出制动力的基本计算包括基础指令，比例调节和积分调节三个部分；基础指令用于使牵引力或制动力在进入恒速工况时机车输出的力矩不发生突变；比例调节使速度偏差变大时，能够快速响应，增加调节速度；积分环节采用离散化的处理方式，利用与目标速度的差值进行计算，使机车运行速度贴近目标速度，消除稳态误差。
3.根据权利要求1所述的电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，其特征在于：所述的牵引-电制动转换限定模式下设有预定牵引力和预定制动力，当机车由牵引工况进入牵引-电制动转换限定模式时，如果微机正常计算的输出牵引力或输出制动力在预定牵引力和预定制动力之间，输出指令为输出牵引力，数值等于预定牵引力；当机车由电制动工况进入牵引-电制动转换限定模式时，如果微机正常计算的输出牵引力或输出制动力在预定牵引力和预定制动力之间，输出指令为输出制动力，数值等于预定电制动力；无论何种工况下，如果微机正常计算的输出牵引力大于预定牵引力或输出制动力小于预定电制动力，则退出牵引-电制动转换限定模式，按微机正常计算的输出牵引力或输出制动力输出。
4.根据权利要求2所述的电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，其特征在于：所述的输出牵引力或输出制动力的基本计算的公式为：
Fn＝Fo+△V1*K1+∑Fp
Fp＝△V1*K2+△V2*K3
△V1＝Vo–Vn
△V2＝Va–Vn
Fn：输出牵引力或输出制动力；
Fo：恒速运行工况开始时的牵引指令值(牵引力或制动力)；
∑Fp：从恒速控制开始时的力矩总和；
Vo：恒速运行的目标速度
Vn：机车当前的运行速度
K1:比例系数
K2：增益系数
K3：积分系数。
5.根据权利要求4所述的电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，其特征在于：根据所述的△V1的绝对值对所述的K1、K2、K3进行调节，完成控制参数的自适应调节。
6.根据权利要求3所述的电力机车恒速运行工况下的平稳性控制方法，其特征在于：所述的预定牵引力为正值，预定制动力为负值。
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