CN111376731B - 轨道列车轮轨粘着控制方法 - Google Patents

轨道列车轮轨粘着控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种轨道列车轮轨粘着控制方法，包括：向牵引电的电磁转矩信号中机输入蠕滑信号；检测牵引电机的速度信号以及牵引电机的转矩电流信号；获取速度信号的相位与转矩电流信号的相位；将速度信号的相位与转矩电流信号的相位输入到线性控制器，线性控制器计算速度信号的相位与转矩电流信号的相位之间的相位差；线性控制器控制速度信号与转矩电流信号的相位差值等于预设置，可以实时对牵引电机进行检测和控制，避免轮轨之间的空转、滑行。

Description

轨道列车轮轨粘着控制方法
技术领域
本发明涉及轨道列车制造技术领域，尤其涉及一种轨道列车轮轨粘着控制方法。
背景技术
轨道列车的动力由动力转向架提供，动力转向架包括牵引电机以及与牵引电机传动连接的轮对，轮对与钢轨接触，牵引电机驱动轮对转动，以通过轮对与钢轨之间的摩擦力驱动轨道列车在钢轨上行驶；当列车处于牵引工况时，如果列车制动工况时，如果列车的制动力发挥大于轮轨所能提供的最大的粘着力，会出现滑行现象。当牵引电机输出的转矩达到一定值后，会导致轮对在钢轨上空转，出现空转现象，空转、滑行都容易将轮对或钢轨划伤；因此如何控制牵引电机的转矩成为研究的热点。
现有技术中，通过速度传感器检测出不同动力转向架的四个轮对的线速度，获得四个动轴线速度之后，同时对不具有动力转向架的拖轴的轮对进行速度检测，去掉四个动轴线速度和拖轴线速度中的最大值和最小值，取剩余线速度值的平均值作为参考速度。当动轴速度大于参考速度时机车发生空转，此时通过降低动轴的牵引力输出来抑制空转。
然而，现有技术中，是在机车已经产生空转滑行后通过降低机车牵引力的发挥来抑制空转，由于无法预测最大粘着点，所以会不断产生空转滑行。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种轨道列车轮轨粘着控制方法，以解决在轮对与钢轨之间发生滑动时，才会被检测到，只能减小轮对与钢轨之间发生滑动的时间，会使钢轨或者轮对发生损坏的技术问题。
本发明提供了一种轨道列车轮轨粘着控制方法，包括：
向牵引电机输入蠕滑信号；
检测所述牵引电机的速度信号以及所述牵引电机的转矩电流信号；
获取所述速度信号的相位与所述转矩电流信号的相位；
将所述速度信号的相位与所述转矩电流信号的相位输入到线性控制器，所述线性控制器计算所述速度信号的相位与所述转矩电流信号的相位之间的相位差；
所述线性控制器控制所述牵引电机的转矩，以使所述相位差等于预设值。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，所述控制器对所述牵引电机的电磁转矩信号进行修正，以使所述相位差等于预设值。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，所述蠕滑信号为正弦信号。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，所述蠕滑信号的幅值不大于牵引电机驱动信号幅值的5％。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，通过角速度传感器检测所述牵引电机的所述速度信号。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，通过逆变器获得所述转矩电流信号。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，在获取所述速度信号与所述转矩电流信号的相位之前包括：
对所述速度信号进行滤波处理。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，通过低通滤波器和高通滤波器对所述速度信号进行滤波处理。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，在获取所述速度信号与所述转矩电流信号的相位之前包括：
对所述转矩电流信号进行滤波处理。
如上所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，优选地，通过低通滤波器和高通滤波器对所述转矩电流信号进行滤波处理。
本发明提供的轨道列车轮轨粘着控制方法，通过向牵引电机输入蠕滑信号，检测牵引电机的速度信号和牵引电机的转矩电流信号，线性控制器计算速度信号和转矩电流信号的相位差，线性控制器控制牵引电机的转矩以使相位差与预设值相等；可以实时对牵引电机进行检测和控制，避免与牵引电机传动连接的轮对与钢轨之间发生滑动，避免了钢轨或轮对被划伤。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的轨道列车轮轨粘着控制方法的流程图。
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作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。
轨道列车的动力由动力转向架提供，动力转向架包括牵引电机以及与牵引电机传动连接的轮对，轮对与钢轨接触，牵引电机驱动轮对转动，以通过轮对与钢轨之间的摩擦力驱动轨道列车在钢轨上行驶；当列车处于牵引工况时，如果列车制动工况时，如果列车的制动力发挥大于轮轨所能提供的最大的粘着力，会出现滑行现象。当牵引电机输出的转矩达到一定值后，会导致轮对在钢轨上空转，出现空转现象，空转、滑行都容易将轮对或钢轨划伤；因此如何控制牵引电机的转矩成为研究的热点。
现有技术中，通过速度传感器检测出不同动力转向架的四个轮对的线速度，获得四个动轴线速度之后，同时对不具有动力转向架的拖轴的轮对进行速度检测，去掉四个动轴线速度和拖轴线速度中的最大值和最小值，取剩余线速度值的平均值作为参考速度。当动轴速度大于参考速度时机车发生空转，此时通过降低动轴的牵引力输出来抑制空转。
然而，现有技术中，在轮对与钢轨之间发生滑动时，才会被检测到，只能减小轮对与钢轨之间发生滑动的时间，会使钢轨或者轮对发生损坏。
图1为本发明实施例提供的轨道列车轮轨粘着控制方法的流程图。
请参照图1。本实施例提供一种轨道列车轮轨粘着控制方法，包括：S101、向牵引电机输入蠕滑信号。
S102、检测牵引电机的速度信号以及牵引电机的转矩电流信号。
S103、获取速度信号的相位与转矩电流信号的相位。
S104、将速度信号的相位与转矩电流信号的相位输入到线性控制器，线性控制器计算速度信号的相位与转矩电流信号的相位之间的相位差。
S105、线性控制器控制牵引电机的转矩，以使相位差等于预设值。
粘着系数为钢轨与轮对的切向力与轴重之间的比值，因此在轴重一定的前提下增大粘着系数可以提高轮对在钢轨上发生蠕滑的最大转矩，进而提高牵引电机的转矩利用率。根据粘着系数与蠕滑速度之间的粘着特性曲线可知，当蠕滑斜率取零时，粘着系数可以取得最大值。
设G(r)为机车传动的动力学模型系统，r为粘着特性曲线的斜率。根据线性系统理论，在幅值为A、频率为f、相位为
Figure BDA0001926342490000061
的正弦蠕滑信号：
Figure BDA0001926342490000062
的激励下，粘着特性曲线的斜率r在激励的过程中保持不变，系统G(r)的输出为：
Figure BDA0001926342490000063
其中ψ(f,r)称为相位移，它是蠕滑信号频率f和系统粘着特性曲线的斜率r的函数。显然，保持蠕滑信号的频率f不变，则相位移仅随粘着特性曲线的斜率r变化，即ψ(f,r)＝ψ(r)。进一步，相位移ψ(r)和粘着特性曲线的斜率r之间还有单值对应关系，那么根据相位移ψ(r)就能唯一地确定相应的粘着特性曲线的斜率r。进而可以确定粘着特性曲线的斜率r为零时对应的相位移。通过正交相关法可以确定特性曲线的斜率r与相位移ψ(r)的一一对应关系。
本实施例中，通过控制牵引电机工作的控制器在向逆变器输送电磁转矩信号时，添加蠕滑信号。逆变器接收到电磁转矩信号后，控制牵引电机工作。蠕滑信号作用在牵引电机后，会使牵引电器的转速发生波动。
本实施例中可以通过角速度传感器检测检测牵引电机的转速，根据转速计算出与牵引电机传动连接的轮对的线速度。
本实施例中可以通过检测为牵引电机供电的逆变器，来获取输送至牵引电机的转矩电流信号。具体地，可以通过逆变器定子电流信号和矢量控制角度获得转矩电流信号。
在蠕滑信号的激励下，速度信号和转矩电流信号均为正弦信号。通过分析速度信号和转矩电流信号可以获得某一时刻的速度信号的相位和转矩电流信号的相位。
线性控制器接收到速度信号的相位和转矩电流信号的相位后，求出速度信号与转矩电流信号的相位差，该相位差为该时刻的相位移。将该相位差与预设值比对，进而控制牵引电机的转矩以使相位差等于预设值。
预设值为蠕滑特性曲线的斜率接近零且未达到零时对应的相位移的值，以使粘着系数处于最大值附近。
具体地，当相位差大于预设值时，线性控制器向控制器输送大于0且小于1的修正值，控制器接收到修正值后控制电磁转矩信号发生改变，以使接收到电磁转矩信号的逆变器减小输送至牵引电机的电流，以使牵引电机的功率降低，进而减小牵引电机的转矩，以免轮对与钢轨之间发生相对滑动，而损伤轮对或者钢轨。再此之后，当牵引电机的相位小于预设值时，线性控制器向控制器输送等于1的修正值，控制器接收到修正值后控制电磁转矩信号改变，以使接收到电磁转矩信号的逆变器增大输送至牵引电机的电流，以使牵引电机的功率升高，进而增大牵引电机的转矩，以在避免轮对与钢轨之间发生滑动的前提下提高轨道列车的牵引力。
本实施例提供的轨道列车控制方法，通过向牵引电机输入蠕滑信号，检测牵引电机的速度信号和牵引电机的转矩电流信号，线性控制器计算速度信号和转矩电流信号的相位差，线性控制器控制牵引电机的转矩以使相位差与预设值相等；可以实时对牵引电机进行检测和控制，避免与牵引电机传动连接的轮对与钢轨之间发生滑动，避免了钢轨或轮对被划伤。
本实施例中，蠕滑信号为正弦信号，并且根据粘着特性曲线、整车模型。自动控制原理来确定蠕滑信号的频率。在粘着特性曲线的图像内，做粘着特性曲线的导数对应的图像。即粘着特性斜率曲线；粘着特性斜率曲线上的多个点的幅频特性和相频特性较为一致时，对应的频率为蠕滑信号的频率。
具体地，蠕滑信号的幅值不大于牵引电机驱动信号幅值的5％。以免蠕滑信号对牵引电机的转速影响过大，进而影响轨道列车的运行速度。具体地，驱动信号可以为电磁转矩信号。
本实施例中，在获取速度信号与转矩电流信号的相位之前还包括：对速度信号进行滤波处理。以减少速度信号中的干扰。
具体地，可以通过高通滤波器对速度信号进行滤波，以去除速度信号中的高频成分；或者通过低通滤波器对速度信号进行处理，以去除速度信号中的低频成分。
进一步地，本实施例中，通过高通滤波器和低通滤波器对速度信号进行滤波处理。可以去除速度信号中的高频成分和低频成分，以进一步减少速度信号中的干扰。
值得注意的是，在通过角速度传感器获取牵引电机的速度信号后，通过模数转换器将速度传感器输出的模拟信号转换成数字信号。
本实施例中，在获取速度信号与转矩电流信号的相位之前包括：对转矩电流信号进行滤波处理。
具体地，可以通过高通滤波器对转矩电流信号进行滤波，以去除转矩电流信号中的高频成分；或者通过低通滤波器对转矩电流信号进行处理，以去除转矩电流信号中的低频成分。
进一步地，本实施例中，通过高通滤波器和低通滤波器对转矩电流信号进行滤波处理。可以去除转矩电流信号中的高频成分和低频成分，以进一步减少转矩电流信号中的干扰。
具体地，本实施例中的低通滤波器可以为四阶低通滤波器。
本实施例提供的轨道列车轮轨粘着控制方法：首先通过控制器向牵引电机的电磁转矩信号中输入蠕滑信号。之后通过角速度传感器检测出牵引电机的转速，并根据转速计算出与牵引电机的传动连接的轮对的速度信号；通过高通滤波器和低通滤波器对速度信号进行处理，并且将速度信号输送至线性控制器。与此同时，通过逆变器获取输送至牵引电机的转矩电流信号，通过高通滤波器和低通滤波器对转矩电流信号进行处理，并将处理后的转矩电流信号输送至线性控制器。线性控制器计算速度信号和转矩电流信号的相位差，并将相位常与预设值比较，当相位差大于预设值时，线性控制器向控制器输送大于0且小于1的修正值，控制器接收到修正值后控制电磁转矩信号发生改变，以使接收到电磁转矩信号的逆变器减小输送至牵引电机的电流，以使牵引电机的功率降低，进而减小牵引电机的转矩，以免轮对与钢轨之间发生相对滑动，而损伤轮对或者钢轨。在此之后，当牵引电机的相位小于预设值时，线性控制器向控制器输送等于1的修正值，控制器接收到修正值后控制电磁转矩信号改变，以使接收到电磁转矩信号的逆变器增大输送至牵引电机的电流，以使牵引电机的功率升高，进而增大牵引电机的转矩，以在避免轮对与钢轨之间发生滑动的前提下提高轨道列车的牵引力。
在本发明中，除非另有明确的规定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体成型，可以是机械连接，也可以是电连接或者彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒体间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的互相作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (9)

1.一种轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，包括：
向牵引电机输入蠕滑信号；
检测所述牵引电机的速度信号以及所述牵引电机的转矩电流信号；
获取所述速度信号的相位与所述转矩电流信号的相位；
将所述速度信号的相位与所述转矩电流信号的相位输入到线性控制器，所述线性控制器计算所述速度信号的相位与所述转矩电流信号的相位之间的相位差；
所述线性控制器控制所述牵引电机的转矩，以使所述相位差等于预设值；
控制器对所述牵引电机的电磁转矩信号进行修正，以使所述相位差等于预设值；
当所述相位差大于所述预设值时，所述线性控制器向所述控制器输送大于0且小于1的修正值。
2.根据权利要求1所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，所述蠕滑信号为正弦信号。
3.根据权利要求2所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，所述蠕滑信号的幅值不大于牵引电机驱动信号幅值的5％。
4.根据权利要求1所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，通过角速度传感器检测所述牵引电机的所述速度信号。
5.根据权利要求1所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，通过逆变器获得所述转矩电流信号。
6.根据权利要求1-5任一项所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，在获取所述速度信号与所述转矩电流信号的相位之前包括：
对所述速度信号进行滤波处理。
7.根据权利要求6所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，通过低通滤波器和高通滤波器对所述速度信号进行滤波处理。
8.根据权利要求1-5任一项所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，在获取所述速度信号与所述转矩电流信号的相位之前包括：
对所述转矩电流信号进行滤波处理。
9.根据权利要求8所述的轨道列车轮轨粘着控制方法，其特征在于，通过低通滤波器和高通滤波器对所述转矩电流信号进行滤波处理。
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