CN110104001B - 高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法，其特征在于：包括中央处理模块和多个牵引控制模块；所述同步控制方法包括：给定目标速度参数；获取牵引电机的当前速度参数；获取各个牵引电机当次的同步控制量；根据同步控制量信号调整并驱动牵引电机的转速。根据本发明的方法在高速列车提速过程中同步控制牵引电机的转速，能迅速降低空转电机的速度突变，减小由此带来的危害，降低高速列车运行维修成本和安全事故。

Description

高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法
技术领域
本发明涉及城轨列车自动控制技术领域，特别是一种高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法。
背景技术
高速列车通常由多节动车车厢组成，每节动车车厢两头各安装一个转向架，每个转向架上设置两个轮对，每个轮对有两个轮子，两个转向架之间由一根车轴连接。高速列车牵引电机安装在动车车厢下面的转向架上，通过变速器把牵引电机转轴与转向架轮轴相连接，通常，一个牵引电机与一个轮对的轮轴连接，牵引电机转矩通过变速器输出到轮轴，驱动轮子转动运行，单节动车车厢有4个轮对及与之相对应的4台牵引电机。
当高速列车在恒速运行的过程中需要提速时，通常采用传统的速度闭环控制方式，实现每节动车车厢的4台牵引电机同步控，使4台电机的转速保持协调一致，以获得高速列车较好的静态和动态性能，提高乘客的乘坐舒适度。然而，高速列车各牵引电机通过车轮与钢轨之间的粘着作用在机械上耦合在一起。当高速列车在雨雪天气开行时，钢轨与车轮间摩擦系数急剧减小，如果此时某个轮对与钢轨之间没有足够的摩擦力，车轮与钢轨接触点的切线速度和加速度都要比高速列车其他轮对的速度大得多，会出现“空转”的状况，此时，车轮转速急剧上升，该状态下牵引力大幅度降低，如果不迅速采取适当的控制措施，将会造成钢轨和车轮都将遭受剧烈磨耗，严重损耗钢轨，甚至导致车轮陷入钢轨磨损产生的深坑内的严重事故。
发明内容
针对背景技术的问题，本发明提供一种高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法，以解决现有技术中，高速列车在恒速运行过程中提速时，由于某些车轮空转造成的钢轨和车轮剧烈磨损，运营维修成本高的问题。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法，其创新点在于：包括中央处理模块和多个牵引控制模块；所述中央处理模块包括：中央通信模块、速度给定模块、速度处理模块、空转电机速度处理模块、相邻交叉耦合模块、同步误差控制模块和空转电机控制量调整模块；所述牵引控制模块包括：牵引通信模块、比较模块、误差跟踪控制器、控制信号叠加模块、电机驱动装置、牵引电机和速度检测模块；所述同步误差控制模块包括2个空转电机同步误差控制器和多个常态电机同步误差控制器组，所述多个常态电机同步误差控制器组与多个牵引电机一一对应，单个常态电机同步误差控制器组包括2个常态电机同步误差控制器；
所述速度给定模块分别与中央通信模块和速度处理模块二者连接，速度处理模块与中央通信模块连接，空转电机速度处理模块与速度处理模块连接，相邻交叉耦合模块分别与速度处理模块和空转电机速度处理模块二者连接，同步误差控制模块与相邻交叉耦合模块连接，空转电机控制量调整模块分别与同步误差控制模块、空转电机速度处理模块和速度处理模块三者连接，空转电机控制量调整模块和同步误差控制模块二者均与中央通信模块连接；
所述速度检测模块与牵引电机连接，牵引电机与电机驱动装置连接，电机驱动装置与控制信号叠加模块连接，控制信号叠加模块分别与误差跟踪控制器和牵引通信模块二者连接，误差跟踪控制器与比较模块连接，比较模块分别与速度检测模块和牵引通信模块二者连接，牵引通信模块与速度检测模块连接；
每个牵引控制模块的牵引通信模块均与所述中央通信模块连接；
所述同步控制方法包括：
设高速列车共有n个牵引电机，当高速列车需要提速时，
一)列车驾驶员通过速度给定模块输入目标速度参数，所述目标速度参数包括目标速度ω*、目标加速度a*和速度允许偏差值ω允；速度给定模块将目标速度ω*信号传输给中央通信模块，速度给定模块将目标速度参数信号传输给速度处理模块；
二)中央通信模块将目标速度ω*信号发送给各个牵引控制模块的牵引通信模块；各个牵引通信模块将收到目标速度ω*信号传输给对应的比较模块；
三)各个牵引控制模块的速度检测模块获取对应的牵引电机的当前速度参数，所述当前速度参数包括当前速度ω和当前加速度a；各个速度检测模块均将获取的当前速度参数信号传输给对应的牵引通信模块，各个牵引通信模块均将各自收到的当前速度参数信号发送给中央通信模块；同时，各个速度检测模块均将各自获取的当前速度ω信号传输给对应的比较模块；
四)中央通信模块将收到各个牵引电机的当前速度参数信号传输给速度处理模块，速度处理模块将各个牵引电机的当前速度ω逐一与目标速度ω*进行比较得到各个牵引电机的速度偏差值；所述速度偏差值为牵引电机的当前速度ω与目标速度ω*差值的绝对值，ω允为设定的正值；当任意一个牵引电机的速度偏差值大于速度允许偏差值ω允则进入步骤五)；当每个牵引电机的速度偏差值均小于速度允许偏差值ω允，则调速进程终止；
五)中央处理模块按方法一获取各个牵引电机当次的同步控制量，然后中央处理模块将各个牵引电机当次的同步控制量信号分别发送给对应的牵引控制模块；
六)各个牵引控制模块收到所述当次的同步控制量信号后均按方法二调整并驱动所辖牵引电机的转速；返回步骤三)；
所述方法一包括：
1)速度处理模块将各个牵引电机的当前加速度a逐一与目标加速度a*进行比较，将当前加速度a小于或等于目标加速度a*的牵引电机记为常态电机，将当前加速度a大于目标加速度a*的牵引电机记为空转电机，设常态电机有i个，其中i＜n，则空转电机有n-i个；设ωj为任意一个常态电机的当前速度，其中j的取值范围为1至i，速度处理模块将i个常态电机的当前速度信号均传输给相邻交叉耦合模块；设ωp为任意个一空转电机的当前速度信号，其中p的取值范围为i+1至n，速度处理模块将n-i个空转电机的当前速度信号均传输给空转电机速度处理模块，速度处理模块将n-i个空转电机的当前速度信号均传输给空转电机控制量调整模块；
2)空转电机速度处理模块对收到的n-i个空转电机的当前速度求平均值，得到空转电机当前平均速度ω平，空转电机速度处理模块将空转电机当前平均速度ω平信号分别传输给相邻交叉耦合模块和空转电机控制量调整模块；
3)相邻交叉耦合模块对收到的空转电机当前平均速度ω平信号和i个常态电机的当前速度信号按以下方式进行处理，得到空转电机的平均同步误差ε平和i个常态电机的同步误差ε：
相邻交叉耦合模块将收到的i个常态电机的当前速度信号按牵引电机所处列车的前后顺序由小到大进行排序，将空转电机当前平均速度ω平信号排在序号最大的常态电机当前速度信号之后及序号最小的常态电机当前速度信号之前；所述空转电机的平均同步误差ε平包括前平均同步误差ε平前和后平均同步误差ε平后两个平均同步误差分量；设εj为任意一个常态电机的同步误差，则εj包括前同步误差εj前和后同步误差εj后两个同步误差分量，其中j的取值范围为1至i；根据公式一至公式四分别获取ε平前、ε平后、εj前和εj后；
所述公式一为：
ε平前＝ω平-ωi
所述公式二为：
ε平后＝ω平-ω1
所述公式三为：
εj前＝ωj-ωj-1
其中，当j为1时，ωj-1的取值等于ω平；
所述公式四为：
εj后＝ωj-ωj+1
其中，当j为i时，ωj+1的取值等于ω平；
相邻交叉耦合模块将空转电机的平均同步误差ε平信号和i个常态电机的同步误差εj信号传输给同步误差控制模块；
4)同步误差控制模块控制2个空转电机同步误差控制器对收到的空转电机的平均同步误差ε平信号进行处理得到空转电机的平均同步控制量u平；同步误差控制模块控制i个常态电机同步误差控制器组对收到的i个常态电机的同步误差εj信号进行处理得到i个常态电机的同步控制量uj；其中2个空转电机同步误差控制器与所述2个平均同步误差分量信号一一对应，i个常态电机同步误差控制器组与i个常态电机的同步误差εj信号一一对应，单个常态电机同步误差控制器组的2个常态电机同步误差控制器与单个常态电机的同步误差的2个同步误差分量一一对应；
所述空转电机的平均同步控制量u平包括前平均同步控制量u平前和后平均同步控制量u平后两个平均同步控制分量；所述常态电机的同步控制量uj包括前同步控制量uj前和后同步控制量uj后两个同步控制分量；前平均同步误差ε平前通过空转电机同步误差控制器处理得到前平均同步控制量u平前；后平均同步误差ε平后通过空转电机同步误差控制器处理得到后平均同步控制量u平后；前同步误差εj前通过常态电机同步误差控制器处理得到前同步控制量uj前；后同步误差εj后通过常态电机同步误差控制器处理得到后同步控制量uj后；
同步误差控制模块将i个常态电机的同步控制量uj信号传输给中央通信模块，同步误差控制模块将空转电机的平均同步控制量u平信号传输给空转电机控制量调整模块；
5)空转电机控制量调整模块对收到的空转电机的平均同步控制量u平信号、空转电机当前平均速度ω平信号和n-i个空转电机的当前速度信号ωp进行处理得到n-i个空转电机的同步控制量up，所述up为任意一个空转电机的同步控制量，其中p的取值范围为i+1至n；所述up包括空转电机前同步控制量up前和空转电机后同步控制量up后两个空转电机同步控制分量；所述up前和up后分别根据公式五和公式六获取；
所述公式五为：
up前＝u平前×kp
其中kp为调整系数，kp根据公式七获取；
所述公式六为：
up后＝u平后×kp
所述公式七为：
Figure GDA0002424308980000051
空转电机控制量调整模块将n-i个空转电机的同步控制量up信号传输给中央通信模块；
6)中央通信模块将当次收到的n个牵引电机的同步控制量信号分别发送给对应的牵引控制模块的牵引通信模块；
所述方法二包括：
单个牵引控制模块按以下方式调整并驱动所辖牵引电机的转速：
A)牵引通信模块将当次收到的同步控制量信号传输给控制信号叠加模块；
B)比较模块根据公式八对收到的目标速度ω*和当前速度ω进行处理得到基本速度误差ε基，比较模块将基本速度误差信号传输给误差跟踪控制器；
所述公式八为：
ε基＝ω*-ω
C)误差跟踪控制器对基本速度误差信号进行处理得到的基本控制量u基，误差跟踪控制器将基本控制量信号传输给控制信号叠加模块；
D)控制信号叠加模块对当次收到的所述基本控制量信号和所述同步控制量信号进行叠加处理得到综合同步控制量，控制信号叠加模块将所述综合同步控制量信号传输给电机驱动装置；
E)电机驱动装置根据当次收到的综合同步控制量信号调整并驱动所辖牵引电机的转速。
本发明的原理在于：当高速列车在恒速运行的过程中提速时，如果遇到雨雪天气，很容易出现部分车轮打滑进而出现空转的现象，这些空转的车轮的转速及加速度都远高于其他车轮，对车轮及轨道的危害极大，本发明所述的方法主要在于如何快速降低打滑车轮的转速，控制空转车轮与其他车轮的转速趋于一致，以实现各个车轮同步运行。
为实现上述目的，本发明将一个轮对的牵引电机及其控制模块设置为一个牵引控制模块，一个牵引电机与一个牵引控制模块对应，同时还设置了一个统一的中央处理模块以对各个牵引电机的速度进行统一处理。具体来说，当驾驶员通过中央处理模块向各个牵引控制模块发出提速指令后，各个牵引控制模块即通过速度检测模块获取各牵引电机当前的速度信息，包括当前的转速和加速度信息，各个牵引控制模块均将上述牵引电机的速度信息发送给中央处理模块，中央处理模块根据各个牵引电机的加速度和驾驶员设定的目标加速度判断哪些牵引电机控制的车轮处于空转状态，为了更快速控制空转电机的速度，同时减小空转电机对其他常态电机速度的影响程度，本发明创造性地将当次识别出的空转电机作为一个整体，通过空转电机速度处理模块获取所有空转电机的当前平均速度，然后相邻交叉耦合模块对各个常态电机的当前速度信号和空转电机的当前平均速度信号统一进行交叉耦合处理，再通过同步误差控制模块的处理，得到各个常态电机的同步控制量及空转电机的平均同步控制量。对于常态电机来说，即可将常态电机的同步控制量用于各个常态电机的速度调整控制，但是对于空转电机来说，如果直接将平均同步控制量用于各个空转电机的速度调整控制，并不能体现各个空转电机的实际调整需求量，这样的调整效率非常低，显然是不合适的。本发明为每个空转电机设置一个调整系数kp，该调整系数为空转电机的当前速度与所有空转电机的当前平均速度的比值，单个空转电机的同步控制量为平均同步控制量乘以对应的调整系数，这样，对于转速高于平均值的空转电机，可有针对性地在平均同步控制量的基础上加大其同步控制量；对于转速低于平均值的空转电机，可在平均同步控制量的基础上减小其同步控制量，总的目的是让所有空转电机速度突变减小，迅速恢复至给定速度值。随后，中央处理模块将各个牵引电机的同步控制量信号分别发送给对应的牵引控制模块，牵引控制模块将目标速度信号和牵引电机的当前速度信号叠加处理后再与同步控制量信号进行叠加处理，最终得到综合同步控制量，并利用这个综合同步控制量信号来调整控制牵引电机。
由此可见，采用本发明的方法，具有以下的有益效果：由于各个牵引电机的综合同步控制量信号均来自于自身与其他牵引电机速度的比较处理，因此，能快速调整到各个牵引电机的速度，最终达到同步控制，特别是迅速降低空转电机的速度突变，减小由此带来的危害，降低高速列车运行维修成本。
附图说明
本发明的附图说明如下。
附图1为本发明所涉及硬件的连接示意图；
附图2为牵引控制模块的连接示意图；
附图3为中央处理模块的连接示意图。
图中：1、中央处理模块；2、牵引控制模块；11、中央通信模块；12、速度给定模块；13、速度处理模块；14、空转电机速度处理模块；15、相邻交叉耦合模块；16、同步误差控制模块；17、空转电机控制量调整模块；21、牵引通信模块；22、比较模块；23、误差跟踪控制器；24、控制信号叠加模块；25、电机驱动装置；26、牵引电机；27、速度检测模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明所述的同步控制方法涉及的硬件包括中央处理模块1和多个牵引控制模块2；所述中央处理模块1包括：中央通信模块11、速度给定模块12、速度处理模块13、空转电机速度处理模块14、相邻交叉耦合模块15、同步误差控制模块16和空转电机控制量调整模块17；所述牵引控制模块2包括：牵引通信模块21、比较模块22、误差跟踪控制器23、控制信号叠加模块24、电机驱动装置25、牵引电机26和速度检测模块27；所述同步误差控制模块16包括2个空转电机同步误差控制器和多个常态电机同步误差控制器组，所述多个常态电机同步误差控制器组与多个牵引电机26一一对应，单个常态电机同步误差控制器组包括2个常态电机同步误差控制器；
所述速度给定模块12分别与中央通信模块11和速度处理模块13二者连接，速度处理模块13与中央通信模块11连接，空转电机速度处理模块14与速度处理模块13连接，相邻交叉耦合模块15分别与速度处理模块13和空转电机速度处理模块14二者连接，同步误差控制模块16与相邻交叉耦合模块15连接，空转电机控制量调整模块17分别与同步误差控制模块16、空转电机速度处理模块14和速度处理模块13三者连接，空转电机控制量调整模块17和同步误差控制模块16二者均与中央通信模块11连接；
所述速度检测模块27与牵引电机26连接，牵引电机26与电机驱动装置25连接，电机驱动装置25与控制信号叠加模块24连接，控制信号叠加模块24分别与误差跟踪控制器23和牵引通信模块21二者连接，误差跟踪控制器23与比较模块22连接，比较模块22分别与速度检测模块27和牵引通信模块21二者连接，牵引通信模块21与速度检测模块27连接；
每个牵引控制模块2的牵引通信模块21均与所述中央通信模块11连接；
所述同步控制方法包括：
设高速列车共有n个牵引电机，当高速列车需要提速时，
一)列车驾驶员通过速度给定模块12输入目标速度参数，所述目标速度参数包括目标速度ω*、目标加速度a*和速度允许偏差值ω允；速度给定模块12将目标速度ω*信号传输给中央通信模块11，速度给定模块12将目标速度参数信号传输给速度处理模块13；
二)中央通信模块11将目标速度ω*信号发送给各个牵引控制模块2的牵引通信模块21；各个牵引通信模块21将收到目标速度ω*信号传输给对应的比较模块22；
三)各个牵引控制模块2的速度检测模块27获取对应的牵引电机26的当前速度参数，所述当前速度参数包括当前速度ω和当前加速度a；各个速度检测模块27均将获取的当前速度参数信号传输给对应的牵引通信模块21，各个牵引通信模块21均将各自收到的当前速度参数信号发送给中央通信模块11；同时，各个速度检测模块27均将各自获取的当前速度ω信号传输给对应的比较模块22；
四)中央通信模块11将收到各个牵引电机26的当前速度参数信号传输给速度处理模块13，速度处理模块13将各个牵引电机26的当前速度ω逐一与目标速度ω*进行比较得到各个牵引电机26的速度偏差值；所述速度偏差值为牵引电机26的当前速度ω与目标速度ω*差值的绝对值，ω允为设定的正值；当任意一个牵引电机26的速度偏差值大于速度允许偏差值ω允则进入步骤五)；当每个牵引电机26的速度偏差值均小于速度允许偏差值ω允，则调速进程终止；
五)中央处理模块1按方法一获取各个牵引电机26当次的同步控制量，然后中央处理模块1将各个牵引电机26当次的同步控制量信号分别发送给对应的牵引控制模块2；
所述方法一包括：
1)速度处理模块13将各个牵引电机26的当前加速度a逐一与目标加速度a*进行比较，将当前加速度a小于或等于目标加速度a*的牵引电机26记为常态电机，将当前加速度a大于目标加速度a*的牵引电机26记为空转电机，设常态电机有i个，其中i＜n，则空转电机有n-i个；设ωj为任意一个常态电机的当前速度，其中j的取值范围为1至i，速度处理模块13将i个常态电机的当前速度信号均传输给相邻交叉耦合模块15；设ωp为任意个一空转电机的当前速度信号，其中p的取值范围为i+1至n，速度处理模块13将n-i个空转电机的当前速度信号均传输给空转电机速度处理模块14，速度处理模块13将n-i个空转电机的当前速度信号均传输给空转电机控制量调整模块17；
2)空转电机速度处理模块14对收到的n-i个空转电机的当前速度求平均值，得到空转电机当前平均速度ω平，空转电机速度处理模块14将空转电机当前平均速度ω平信号分别传输给相邻交叉耦合模块15和空转电机控制量调整模块17；
3)相邻交叉耦合模块15对收到的空转电机当前平均速度ω平信号和i个常态电机的当前速度信号按以下方式进行处理，得到空转电机的平均同步误差ε平和i个常态电机的同步误差ε：
相邻交叉耦合模块15将收到的i个常态电机的当前速度信号按牵引电机所处列车的前后顺序由小到大进行排序，将空转电机当前平均速度ω平信号排在序号最大的常态电机当前速度信号之后及序号最小的常态电机当前速度信号之前；所述空转电机的平均同步误差ε平包括前平均同步误差ε平前和后平均同步误差ε平后两个平均同步误差分量；设εj为任意一个常态电机的同步误差，则εj包括前同步误差εj前和后同步误差εj后两个同步误差分量，其中j的取值范围为1至i；根据公式一至公式四分别获取ε平前、ε平后、εj前和εj后；
所述公式一为：
ε平前＝ω平-ωi
所述公式二为：
ε平后＝ω平-ω1
所述公式三为：
εj前＝ωj-ωj-1
其中，当j为1时，ωj-1的取值等于ω平；
所述公式四为：
εj后＝ωj-ωj+1
其中，当j为i时，ωj+1的取值等于ω平；
相邻交叉耦合模块15将空转电机的平均同步误差ε平信号和i个常态电机的同步误差εj信号传输给同步误差控制模块16；
4)同步误差控制模块16控制2个空转电机同步误差控制器对收到的空转电机的平均同步误差ε平信号进行处理得到空转电机的平均同步控制量u平；同步误差控制模块16控制i个常态电机同步误差控制器组对收到的i个常态电机的同步误差εj信号进行处理得到i个常态电机的同步控制量uj；其中2个空转电机同步误差控制器与所述2个平均同步误差分量信号一一对应，i个常态电机同步误差控制器组与i个常态电机的同步误差εj信号一一对应，单个常态电机同步误差控制器组的2个常态电机同步误差控制器与单个常态电机的同步误差的2个同步误差分量一一对应；
所述空转电机的平均同步控制量u平包括前平均同步控制量u平前和后平均同步控制量u平后两个平均同步控制分量；所述常态电机的同步控制量uj包括前同步控制量uj前和后同步控制量uj后两个同步控制分量；前平均同步误差ε平前通过空转电机同步误差控制器处理得到前平均同步控制量u平前；后平均同步误差ε平后通过空转电机同步误差控制器处理得到后平均同步控制量u平后；前同步误差εj前通过常态电机同步误差控制器处理得到前同步控制量uj前；后同步误差εj后通过常态电机同步误差控制器处理得到后同步控制量uj后；
同步误差控制模块16将i个常态电机的同步控制量uj信号传输给中央通信模块11，同步误差控制模块16将空转电机的平均同步控制量u平信号传输给空转电机控制量调整模块17；
5)空转电机控制量调整模块17对收到的空转电机的平均同步控制量u平信号、空转电机当前平均速度ω平信号和n-i个空转电机的当前速度信号ωp进行处理得到n-i个空转电机的同步控制量up，所述up为任意一个空转电机的同步控制量，其中p的取值范围为i+1至n；所述up包括空转电机前同步控制量up前和空转电机后同步控制量up后两个空转电机同步控制分量；所述up前和up后分别根据公式五和公式六获取；
所述公式五为：
up前＝u平前×kp
其中kp为调整系数，kp根据公式七获取；
所述公式六为：
up后＝u平后×kp
所述公式七为：
Figure GDA0002424308980000101
空转电机控制量调整模块17将n-i个空转电机的同步控制量up信号传输给中央通信模块11；
6)中央通信模块11将当次收到的n个牵引电机的同步控制量信号(包括uj和up)分别发送给对应的牵引控制模块2的牵引通信模块21；上述n个牵引电机的同步控制量信号包括i个常态电机的同步控制量uj信号和n-i个空转电机的同步控制量up，其中常态电机的同步控制量uj信号包括前同步控制量uj前和后同步控制量uj后，空转电机的同步控制量up包括空转电机前同步控制量up前和空转电机后同步控制量up后；
六)各个牵引控制模块2收到所述当次的同步控制量信号后均按方法二调整并驱动所辖牵引电机26的转速；返回步骤三)；
所述方法二包括：
单个牵引控制模块2按以下方式调整并驱动所辖牵引电机26的转速：
A)牵引通信模块21将当次收到的同步控制量信号传输给控制信号叠加模块24；
B)比较模块22根据公式八对收到的目标速度ω*和当前速度ω进行处理得到基本速度误差ε基，比较模块22将基本速度误差信号传输给误差跟踪控制器23；
所述公式八为：
ε基＝ω*-ω
C)误差跟踪控制器23对基本速度误差信号进行处理得到的基本控制量u基，误差跟踪控制器23将基本控制量信号传输给控制信号叠加模块24；
D)控制信号叠加模块24对当次收到的所述基本控制量信号和所述同步控制量信号进行叠加处理得到综合同步控制量，控制信号叠加模块24将所述综合同步控制量信号传输给电机驱动装置25；对于常态电机来说，上述叠加处理即是将基本控制量u基、前同步控制量uj前和后同步控制量uj后三者做代数和处理，对于空转电机来说，上述叠加处理即是将基本控制量u基、空转电机前同步控制量up前和空转电机后同步控制量up后三者做代数和处理；
E)电机驱动装置25根据当次收到的综合同步控制量信号调整并驱动所辖牵引电机26的转速。
本实施例中的空转电机同步误差控制器、常态电机同步误差控制器和误差跟踪控制器均采用工业中常用的PID控制器。

Claims (1)

1.一种高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法，其特征在于：包括中央处理模块(1)和多个牵引控制模块(2)；所述中央处理模块(1)包括：中央通信模块(11)、速度给定模块(12)、速度处理模块(13)、空转电机速度处理模块(14)、相邻交叉耦合模块(15)、同步误差控制模块(16)和空转电机控制量调整模块(17)；所述牵引控制模块(2)包括：牵引通信模块(21)、比较模块(22)、误差跟踪控制器(23)、控制信号叠加模块(24)、电机驱动装置(25)、牵引电机(26)和速度检测模块(27)；所述同步误差控制模块(16)包括2个空转电机同步误差控制器和多个常态电机同步误差控制器组，所述多个常态电机同步误差控制器组与多个牵引电机(26)一一对应，单个常态电机同步误差控制器组包括2个常态电机同步误差控制器；
所述速度给定模块(12)分别与中央通信模块(11)和速度处理模块(13)二者连接，速度处理模块(13)与中央通信模块(11)连接，空转电机速度处理模块(14)与速度处理模块(13)连接，相邻交叉耦合模块(15)分别与速度处理模块(13)和空转电机速度处理模块(14)二者连接，同步误差控制模块(16)与相邻交叉耦合模块(15)连接，空转电机控制量调整模块(17)分别与同步误差控制模块(16)、空转电机速度处理模块(14)和速度处理模块(13)三者连接，空转电机控制量调整模块(17)和同步误差控制模块(16)二者均与中央通信模块(11)连接；
所述速度检测模块(27)与牵引电机(26)连接，牵引电机(26)与电机驱动装置(25)连接，电机驱动装置(25)与控制信号叠加模块(24)连接，控制信号叠加模块(24)分别与误差跟踪控制器(23)和牵引通信模块(21)二者连接，误差跟踪控制器(23)与比较模块(22)连接，比较模块(22)分别与速度检测模块(27)和牵引通信模块(21)二者连接，牵引通信模块(21)与速度检测模块(27)连接；
每个牵引控制模块(2)的牵引通信模块(21)均与所述中央通信模块(11)连接；
所述同步控制方法包括：
设高速列车共有n个牵引电机，当高速列车需要提速时，
一)列车驾驶员通过速度给定模块(12)输入目标速度参数，所述目标速度参数包括目标速度ω*、目标加速度a*和速度允许偏差值ω允；速度给定模块(12)将目标速度ω*信号传输给中央通信模块(11)，速度给定模块(12)将目标速度参数信号传输给速度处理模块(13)；
二)中央通信模块(11)将目标速度ω*信号发送给各个牵引控制模块(2)的牵引通信模块(21)；各个牵引通信模块(21)将收到目标速度ω*信号传输给对应的比较模块(22)；
三)各个牵引控制模块(2)的速度检测模块(27)获取对应的牵引电机(26)的当前速度参数，所述当前速度参数包括当前速度ω和当前加速度a；各个速度检测模块(27)均将获取的当前速度参数信号传输给对应的牵引通信模块(21)，各个牵引通信模块(21)均将各自收到的当前速度参数信号发送给中央通信模块(11)；同时，各个速度检测模块(27)均将各自获取的当前速度ω信号传输给对应的比较模块(22)；
四)中央通信模块(11)将收到各个牵引电机(26)的当前速度参数信号传输给速度处理模块(13)，速度处理模块(13)将各个牵引电机(26)的当前速度ω逐一与目标速度ω*进行比较得到各个牵引电机(26)的速度偏差值；所述速度偏差值为牵引电机(26)的当前速度ω与目标速度ω*差值的绝对值，ω允为设定的正值；当任意一个牵引电机(26)的速度偏差值大于速度允许偏差值ω允则进入步骤五)；当每个牵引电机(26)的速度偏差值均小于速度允许偏差值ω允，则调速进程终止；
五)中央处理模块(1)按方法一获取各个牵引电机(26)当次的同步控制量，然后中央处理模块(1)将各个牵引电机(26)当次的同步控制量信号分别发送给对应的牵引控制模块(2)；
六)各个牵引控制模块(2)收到所述当次的同步控制量信号后均按方法二调整并驱动所辖牵引电机(26)的转速；返回步骤三)；
所述方法一包括：
1)速度处理模块(13)将各个牵引电机(26)的当前加速度a逐一与目标加速度a*进行比较，将当前加速度a小于或等于目标加速度a*的牵引电机(26)记为常态电机，将当前加速度a大于目标加速度a*的牵引电机(26)记为空转电机，设常态电机有i个，其中i＜n，则空转电机有n-i个；设ωj为任意一个常态电机的当前速度，其中j的取值范围为1至i，速度处理模块(13)将i个常态电机的当前速度信号均传输给相邻交叉耦合模块(15)；设ωp为任意个一空转电机的当前速度信号，其中p的取值范围为i+1至n，速度处理模块(13)将n-i个空转电机的当前速度信号均传输给空转电机速度处理模块(14)，速度处理模块(13)将n-i个空转电机的当前速度信号均传输给空转电机控制量调整模块(17)；
2)空转电机速度处理模块(14)对收到的n-i个空转电机的当前速度求平均值，得到空转电机当前平均速度ω平，空转电机速度处理模块(14)将空转电机当前平均速度ω平信号分别传输给相邻交叉耦合模块(15)和空转电机控制量调整模块(17)；
3)相邻交叉耦合模块(15)对收到的空转电机当前平均速度ω平信号和i个常态电机的当前速度信号按以下方式进行处理，得到空转电机的平均同步误差ε平和i个常态电机的同步误差ε：
相邻交叉耦合模块(15)将收到的i个常态电机的当前速度信号按牵引电机所处列车的前后顺序由小到大进行排序，将空转电机当前平均速度ω平信号排在序号最大的常态电机当前速度信号之后及序号最小的常态电机当前速度信号之前；所述空转电机的平均同步误差ε平包括前平均同步误差ε平前和后平均同步误差ε平后两个平均同步误差分量；设εj为任意一个常态电机的同步误差，则εj包括前同步误差εj前和后同步误差εj后两个同步误差分量，其中j的取值范围为1至i；根据公式一至公式四分别获取ε平前、ε平后、εj前和εj后；
所述公式一为：
ε平前＝ω平-ωi
所述公式二为：
ε平后＝ω平-ω1
所述公式三为：
εj前＝ωj-ωj-1
其中，当j为1时，ωj-1的取值等于ω平；
所述公式四为：
εj后＝ωj-ωj+1
其中，当j为i时，ωj+1的取值等于ω平；
相邻交叉耦合模块(15)将空转电机的平均同步误差ε平信号和i个常态电机的同步误差εj信号传输给同步误差控制模块(16)；
4)同步误差控制模块(16)控制2个空转电机同步误差控制器对收到的空转电机的平均同步误差ε平信号进行处理得到空转电机的平均同步控制量u平；同步误差控制模块(16)控制i个常态电机同步误差控制器组对收到的i个常态电机的同步误差εj信号进行处理得到i个常态电机的同步控制量uj；其中2个空转电机同步误差控制器与所述2个平均同步误差分量信号一一对应，i个常态电机同步误差控制器组与i个常态电机的同步误差εj信号一一对应，单个常态电机同步误差控制器组的2个常态电机同步误差控制器与单个常态电机的同步误差的2个同步误差分量一一对应；
所述空转电机的平均同步控制量u平包括前平均同步控制量u平前和后平均同步控制量u平后两个平均同步控制分量；所述常态电机的同步控制量uj包括前同步控制量uj前和后同步控制量uj后两个同步控制分量；前平均同步误差ε平前通过空转电机同步误差控制器处理得到前平均同步控制量u平前；后平均同步误差ε平后通过空转电机同步误差控制器处理得到后平均同步控制量u平后；前同步误差εj前通过常态电机同步误差控制器处理得到前同步控制量uj前；后同步误差εj后通过常态电机同步误差控制器处理得到后同步控制量uj后；
同步误差控制模块(16)将i个常态电机的同步控制量uj信号传输给中央通信模块(11)，同步误差控制模块(16)将空转电机的平均同步控制量u平信号传输给空转电机控制量调整模块(17)；
5)空转电机控制量调整模块(17)对收到的空转电机的平均同步控制量u平信号、空转电机当前平均速度ω平信号和n-i个空转电机的当前速度信号ωp进行处理得到n-i个空转电机的同步控制量up，所述up为任意一个空转电机的同步控制量，其中p的取值范围为i+1至n；所述up包括空转电机前同步控制量up前和空转电机后同步控制量up后两个空转电机同步控制分量；所述up前和up后分别根据公式五和公式六获取；
所述公式五为：
up前＝u平前×kp
其中kp为调整系数，kp根据公式七获取；
所述公式六为：
up后＝u平后×kp
所述公式七为：
Figure FDA0002424308970000041
空转电机控制量调整模块(17)将n-i个空转电机的同步控制量up信号传输给中央通信模块(11)；
6)中央通信模块(11)将当次收到的n个牵引电机的同步控制量信号分别发送给对应的牵引控制模块(2)的牵引通信模块(21)；
所述方法二包括：
单个牵引控制模块(2)按以下方式调整并驱动所辖牵引电机(26)的转速：
A)牵引通信模块(21)将当次收到的同步控制量信号传输给控制信号叠加模块(24)；
B)比较模块(22)根据公式八对收到的目标速度ω*和当前速度ω进行处理得到基本速度误差ε基，比较模块(22)将基本速度误差信号传输给误差跟踪控制器(23)；
所述公式八为：
ε基＝ω*-ω
C)误差跟踪控制器(23)对基本速度误差信号进行处理得到的基本控制量u基，误差跟踪控制器(23)将基本控制量信号传输给控制信号叠加模块(24)；
D)控制信号叠加模块(24)对当次收到的所述基本控制量信号和所述同步控制量信号进行叠加处理得到综合同步控制量，控制信号叠加模块(24)将所述综合同步控制量信号传输给电机驱动装置(25)；
E)电机驱动装置(25)根据当次收到的综合同步控制量信号调整并驱动所辖牵引电机(26)的转速。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2110877C1 (ru) * 1992-12-29 1998-05-10 Евгений Михайлович Лысенко Устройство для быстродействующей защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от пропадания фазы питающей сети
FR3025890B1 (fr) * 2014-09-17 2018-02-16 Valeo Equipements Electriques Moteur Procede et dispositif de diagnostic de defauts de capteurs de courants de phases d'un systeme de pilotage d'une machine electrique tournante synchrone de vehicule automobile
DE102015203140A1 (de) * 2015-02-20 2016-08-25 Mtu Friedrichshafen Gmbh Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs
JP6400561B2 (ja) * 2015-12-22 2018-10-03 アイシン精機株式会社 モータ制御装置
CN105680733B (zh) * 2016-03-17 2018-05-04 重庆交通大学 用于多电机同步控制的方法
CN108749830A (zh) * 2018-06-24 2018-11-06 山东华车能源科技有限公司 一种多轴轨道电动机车独立驱动同步控制系统

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