CN109291799B - 用于管轨运输系统的驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管轨运输系统的驱动系统，包括：轨道，所述轨道上设有一对铁轨、运输车，所述运输车包括头车和多节车厢、直线电机、牵引传动系统及监控系统；所述直线电机用于向所述驱动系统提供动力。本发明提供的驱动系统，非粘着牵引，车辆转弯半径小，噪声低，具有速度、牵引力控制精度高的优点，适用于管轨运输系统。系统全自动无人驾驶，降低成本，而且能实现真正意义上的全天候运行，具有巨大的社会经济意义。

Description

用于管轨运输系统的驱动系统

技术领域

本发明属于驱动系统技术领域，具体涉及一种用于管轨运输系统的驱动系统。

背景技术

交通运输是我国国民经济的命脉。当前，我国主要运输装备及核心技术水平与世界先进水平有较大差距，存在运输供给能力不足、综合交通体系建设滞后、各种交通方式缺乏综合协调、交通能源消耗与环境污染等问题。

现有技术中，一种管轨运输系统，在管道中运行的由直线电机驱动的轮轨运输方式，是介于管道运输与传统轮轨交通之间的一种交通方式。该发明采用直线电机驱动方式，供电方式为管道顶部输电线受流，采用直接转矩或矢量控制方式，但由于直线感应电机机械气隙较大，致使电机运行效率较低，能耗较大，同时由于边缘效应，导致电机等效参数实时变化，车辆控制精度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于管轨运输系统的驱动系统，以解决现有技术中牵引车辆能耗较大，运行效率低，以及车辆控制精度不高的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种用于管轨运输系统的牵引驱动系统，包括：轨道，所述轨道上设有一对铁轨、运输车，所述运输车包括头车和多节车厢、直线电机、牵引传动系统以及监控系统；

所述直线电机用于向所述驱动系统提供动力；

所述牵引传动系统包括：主牵引控制模块、车载运控模块、以及无线通信模块，所述车载运控模块、以及无线通信模块分别与所述主牵引控制模块连接；所述主牵引控制模块还用于控制所述运输车的牵引力、速度、位置和运行时间；

所述监控系统包括：远程监控平台和本地监控平台；所述远程监控平台用于监控所述系统的故障信息和控制信息，所述本地监控平台用于提供通信接口与外界终端进行数据交互。

进一步的，所述直线电机采用短定子直线电机。

所述主牵引控制模块设置在所述运输车的头车，所述主牵引控制模块还包括：主牵引控制器、位置速度检测装置以及主制动控制器，所述位置速度检测装置、主制动控制器分别与所述牵引控制器连接；

所述牵引传动系统还包括：子牵引控制模块，所述子牵引控制模块通过双路CAN总线与所述主牵引控制模块连接，所述子牵引控制模块设置在每一节车厢上；所述子牵引控制模块包括：牵引变流器、逆变器以及子制动控制器；

所述子牵引控制模块与所述车载运控模块通过无线通信模块通信连接；

所述主制动控制器和子制动控制器用于对所述运输车制动。

进一步的，所述铁轨间设有直线电机反应板；所述反应板间歇式铺设。

进一步的，所述铁轨间设有直线电机反应板；所述反应板连续式铺设；

所述牵引传动系统还包括：

受流器、高速直流断路器、多个子牵引控制器以及逆变器；

所述受流器用于采集第三轨的直流电，所述高速直流断路器用于对所述直流电进行限流并输送至逆变器，所述逆变器用于产生电压与频率均可调节的对称三相交流电并输送至直线电机，以向所述直线电机供电，所述直线电机还用于将所述运输车的机械能转化为电能，回馈至所述馈电线。

进一步的，所述直线电机采用长定子直线电机；

所述主牵引控制模块设置在地面牵引供电所内，所述主牵引控制模块包括：主牵引控制器、位置速度检测装置以及主制动控制器，所述位置速度检测装置、主制动控制器分别与所述牵引控制器连接；所述地面牵引供电所内还包括：牵引变流器及逆变器，每节车厢上均设有位置速度检测装置。

进一步的，所述铁轨间设有长定子绕组，所述长定子绕组间歇式铺设。

进一步的，所述铁轨间设有长定子绕组，所述长定子绕组连续式铺设。

进一步的，所述轨道包括走行轨与混凝土轨，所述走行轨与所述混凝土轨质之间设有绝缘体。

进一步的，所述直线电机使用磁场定向控制和直接牵引力控制。

本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：

在降低能耗的同时，有效提高了车辆的速度、牵引力控制精度。针对边缘效应及动态气隙变化所造成的电机参数变化，将使用在线参数辨识技术以提高的电机的控制精度。通过动态改变电机励磁水平实现了车辆全速度范围运行下的动态效率优化控制：即在运行速度曲线不变的情况下可降低车辆在轻载以及坡道和弯道等限速路段的牵引能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种牵引驱动系统原理图；

图2为本发明一种牵引驱动系统原理图；

图3为本发明一种牵引驱动系统原理图；

图4为本发明一种牵引驱动系统原理图；

图5为本发明一种牵引控制流程图；

图6为本发明另一种牵引控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的用于管轨运输系统的驱动系统。

本申请实施例中提供的用于管轨运输系统的驱动系统包括，轨道，所述轨道上设有一对铁轨、运输车，所述运输车包括头车和多节车厢、直线电机、牵引传动系统以及监控系统；

所述直线电机用于向所述驱动系统提供动力；

所述牵引传动系统包括：主牵引控制模块、车载运控模块、以及无线通信模块，所述车载运控模块、以及无线通信模块分别与所述主牵引控制模块连接；所述主牵引控制模块还用于控制所述运输车的牵引力、速度、位置和运行时间。

所述监控系统包括：远程监控平台和本地监控平台；所述远程监控平台用于监控所述系统的故障信息和控制信息，所述本地监控平台用于提供通信接口与外界终端进行数据交互。

其中，所述直线电机使用磁场定向控制和直接牵引力控制。

驱动系统的工作原理为：主牵引控制模块控制所述运输车的牵引力、速度、位置和运行时间，变压器对电源进行降压并输送至四象限整流器，四象限整流器将交流电转化为直流电并通过馈电线输送至运输车并将多余电能存储至电能存储器，本申请采用直线电机驱动，综合使用磁场定向控制和直接牵引力控制这两项最先进的交流电机控制技术。通过动态改变电机励磁水平，实现了车辆全速度范围运行下的动态效率优化控制，在运行速度曲线不变的情况下，可降低车辆在轻载以及坡道和弯道等限速路段的牵引能耗。

本申请提供的驱动系统，在减低能耗的同时，有效提高了车辆的速度、牵引力控制精度。针对不同的应用场景，选择不同的驱动系统，应用于管轨系统，具有管道运输的高密闭性、高安全性、环境友好性、占地面积小的优点，又有一般铁路运输的可编组和大运量的优点。同时管轨系统采用磁场定向控制，降低成本，而且能实现真正意义上的全天候运行。

一些实施例中，所述直线电机采用短定子直线电机；

所述主牵引控制模块设置在所述运输车的头车，所述主牵引控制模块还包括：主牵引控制器、位置速度检测装置以及主制动控制器，所述位置速度检测装置、主制动控制器分别与所述牵引控制器连接；

所述牵引传动系统还包括：子牵引控制模块，所述子牵引控制模块通过双路CAN总线与所述主牵引控制模块连接，所述子牵引控制模块设置在每一节车厢上；所述子牵引控制模块包括：牵引变流器、逆变器以及子制动控制器；

所述子牵引控制模块与所述车载运控模块通过无线通信模块通信连接；

所述主制动控制器和子制动控制器用于对所述运输车制动。

具体的，本申请采用短定子直线电机驱动系统，每一节车厢均安装有牵引变流器、直线牵引电机的初级线圈以及制动控制器，主牵引控制系统在头车安装，主牵引控制系统包括主牵引控制器，制动控制器及车辆位置及速度的检测设备。系统通过双路CAN总线与子牵引控制系统，所述子牵引控制模块与所述车载运控模块通过无线通信模块通信连接。

一些实施例中，如图1所示，所述铁轨间设有直线电机反应板；所述反应板间歇式铺设。

具体的，本实施例提供一种用于管轨运输系统的短定子直线电机间歇式驱动系统，采用短定子直线电机，轨道非连续敷设反应板，系统成本造价低，通过车载牵引驱动系统，间歇式接力驱动控制，能够有效降低能耗，系统灵活编组，适用于城市内短距离、小容量、多批次的管道运输系统。

一些实施例中，如图2所示，所述铁轨间设有直线电机反应板；所述反应板连续式铺设；

所述牵引传动系统还包括：

受流器、高速直流断路器、多个子牵引控制器以及逆变器；

所述受流器用于采集第三轨的直流电，所述高速直流断路器用于对所述直流电进行限流并输送至逆变器，所述逆变器用于产生电压与频率均可调节的对称三相交流电并输送至直线电机，以向所述直线电机供电，所述直线电机还用于将所述运输车的机械能转化为电能，回馈至所述馈电线。

具体的，本实施例提供一种用于管轨运输系统的短定子直线电机连续驱动系统，采用短定子直线电机，轨道连续敷设反应板，采用第三轨供电，通过车载牵引驱动系统驱动电机，相对于间歇式驱动系统，控制精度更高，但能耗较大，适用于城市内短距离、高精度的管道运输系统。

一些实施例中，所述直线电机采用长定子直线电机；

所述主牵引控制模块设置在地面牵引供电所内，所述主牵引控制模块包括：主牵引控制器、位置速度检测装置以及主制动控制器，所述位置速度检测装置、主制动控制器分别与所述牵引控制器连接；所述地面牵引供电所内还包括：牵引变流器及逆变器，每节车厢上均设有位置速度检测装置。

具体的，采用长定子直线电机驱动的系统，牵引控制器、制动控制器和变流器安装在地面牵引变电所，运输车上安装位置速度检测装置，位置速度检测装置通过无线通信模块与地面牵引驱动系统相连。

一些实施例中，如图4所示，所述铁轨间设有长定子绕组，所述长定子绕组间歇式铺设。

具体的，本申请体提供一种用于管轨运输系统的长定子直线电机间歇式驱动系统，采用长定子直线电机，轨道非连续敷设长定子绕组，通过地面牵引驱动系统，接力驱动控制，能够有效降低能耗。同时牵引控制系统放在地面，能够降低车辆体积，增加货物运送量，适用于中长距离的管道运输系统。

一些实施例中，如图3所示，所述铁轨间设有长定子绕组，所述长定子绕组连续式铺设。

具体的，本申请提供一种用于管轨运输系统的长定子直线电机连续驱动系统，采用长定子直线电机，轨道连续敷设长定子绕组，通过地面牵引驱动系统牵引供电，连续驱动控制，控制精度高，全程智能无人驾驶，适用于长距离、大容量、多编组的管道运输系统。

当牵引系统工作时，直流电源经受流器、高速直流断路器引入牵引逆变器。主牵引控制系统控制逆变器产生电压与频率均可调节的对称三相交流电，给直线电机供电，直线电机产生推力，驱动运输车前进。当运输车再生制动时，直线电机作发电机运行，将运输车的机械能变换成电能，回馈直流电网。当运输车速度降低，再生制动力不能满足制动要求时，电机进入反向制动工作状态，使运输车减速。

对于直线电机管轨运输系统而言，为在满足负载的地形条件的基础上提运量，列车采用多编组全动车的制式结构。

一些实施例中，所述轨道包括走行轨与混凝土轨，所述走行轨与所述混凝土轨质之间设有绝缘体。

如图5所示，本申请提供的运输车的牵引控制步骤为：

运输车车辆进行功能初始化；

获取车载运控模块的控制信号存储并发送至子牵引控制模块；

子牵引控制模块根据控制信号进行相应调试并存储。

优选的，控制信号包括：调速命令、牵引命令、制动命令以及注销命令。

如图6所示，本申请提供的另一种运输车的牵引控制流程图，包括以下步骤：

与车载运控模块进行信息交互并获取控制信号；

根据所述控制信号进行信息处理；

判断是否为正确的牵引或制动状态：

如果是正确的牵引或制动状态则根据直线电机确定目标停车点及限速曲线计算速度给定值，如果不是正确的牵引或制动状态则流程结束；

根据速度给定值及当前车辆实际速度计算控制参数并将控制参数；

将所述控制参数发送至子牵引控制模块；

进一步的，所述判断是否为正确的牵引或制动状态，包括：

运输车位置是否超限、速度是否超限、无线是否中断或其他运动状态是否正常。

当运输车位置超限时，向子牵引控制模块发送停止运行及机械制动指令；

当运输车速度超限时，向子牵引控制模块发出变流器停止运行及机械制动指令；

当无线中断时，向子牵引控制模块发出变流器停止运行及机械制动指令；

当车载运控模块生命周期中断时，向子牵引控制模块发出变流器停止运行及机械制动指令；

当其他状态信息出现异常时，向子牵引控制模块发出变流器停止运行及机械制动指令。

主牵引系统地面远程综合测试控制平台主要应用于直线电机运输车辆牵引控制系统的远程综合测试控制，平台可实现远程采集并实时显示车载牵引及相关子系统的实时状态信息，如电机牵引力、电流、车辆位置及各系统通信状态等。并且通过分析车辆运行状态远程发送车辆运行控制指令并实时更新车载牵引系统控制参数，同时具备车辆牵引特性仿真计算功能。大大提高牵引控制精度并缩短系统集成调试周期。

综上所述，本发明提供一种驱动系统，非粘着牵引，车辆转弯半径小，噪声低，具有速度、牵引力控制精度高的优点，适用于管轨运输系统。系统全自动无人驾驶，降低成本，而且能实现真正意义上的全天候运行，具有巨大的社会经济意义。

可以理解的是，上述提供的方法实施例与上述的牵引驱动系统实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的牵引驱动系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令牵引驱动系统的制造品，该指令牵引驱动系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于管轨运输系统的牵引驱动系统，其特征在于，包括：轨道，所述轨道上设有一对铁轨、运输车，所述运输车包括头车和多节车厢、直线电机、牵引传动系统以及监控系统；

所述直线电机用于向所述驱动系统提供动力；

所述牵引传动系统包括：主牵引控制模块、车载运控模块、以及无线通信模块，所述车载运控模块、以及无线通信模块分别与所述主牵引控制模块连接；所述主牵引控制模块还用于控制所述运输车的牵引力、速度、位置和运行时间；

所述监控系统包括：远程监控平台和本地监控平台；所述远程监控平台用于监控所述牵引驱动系统的故障信息和控制信息，所述本地监控平台用于提供通信接口与外界终端进行数据交互；

所述直线电机采用短定子直线电机；

所述主牵引控制模块设置在所述运输车的头车，所述主牵引控制模块还包括：主牵引控制器、位置速度检测装置以及主制动控制器，所述位置速度检测装置、主制动控制器分别与所述牵引控制器连接；

所述牵引传动系统还包括：子牵引控制模块，所述子牵引控制模块通过双路CAN总线与所述主牵引控制模块连接，所述子牵引控制模块设置在每一节车厢上；所述子牵引控制模块包括：牵引变流器、逆变器以及子制动控制器；

所述子牵引控制模块与所述车载运控模块通过无线通信模块通信连接；

所述主制动控制器和子制动控制器用于对所述运输车制动；

所述铁轨间设有直线电机反应板；所述反应板间歇式铺设；

或者

所述铁轨间设有直线电机反应板；所述反应板连续式铺设；

所述牵引传动系统还包括：

受流器、高速直流断路器、多个子牵引控制器以及逆变器；

所述受流器用于采集第三轨的直流电，所述高速直流断路器用于对所述直流电进行限流并输送至逆变器，所述逆变器用于产生电压与频率均可调节的对称三相交流电并输送至直线电机，以向所述直线电机供电，所述直线电机还用于将所述运输车的机械能转化为电能，回馈至馈电线。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，

所述直线电机采用长定子直线电机；

所述主牵引控制模块设置在地面牵引供电所内，所述主牵引控制模块包括：主牵引控制器、位置速度检测装置以及主制动控制器，所述位置速度检测装置、主制动控制器分别与所述主牵引控制器连接；所述地面牵引供电所内还包括：牵引变流器及逆变器，每节车厢上均设有位置速度检测装置。

3.根据权利要求2所述的驱动系统，其特征在于，

所述铁轨间设有长定子绕组，所述长定子绕组间歇式铺设。

4.根据权利要求2所述的驱动系统，其特征在于，

所述铁轨间设有长定子绕组，所述长定子绕组连续式铺设。

5.根据权利要求1至4任一项所述的驱动系统，其特征在于，

所述轨道包括走行轨与混凝土轨，所述走行轨与所述混凝土轨之间设有绝缘体。

6.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，

所述直线电机使用磁场定向控制和直接牵引力控制。

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