CN114089788A - 一种线路自适应调节的自动对中控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线路自适应调节的自动对中控制系统，包括：钢轨探伤车地图管理系统、自动对中控制系统及钢轨探伤车检测系统。钢轨探伤管理地图系统包括地面地图计算机与车载地图计算机。钢轨探伤车检测系统形成检测B型图，实现钢轨接缝识别与同步定位。钢轨探伤车地图管理系统提供精准的相对定位里程坐标。自动对中控制系统根据对中控制参数样本，得到自适应调节的自动对中预估给定值。本发明能解决现有自动对中控制系统控制滞后，在小曲率半径线路需要手动调节给定干预，以及在大雪覆盖线路时只能依靠人工操作的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及铁路工程技术领域，尤其涉及一种线路自适应调节的钢轨探伤车自动对中控制系统。
背景技术
超声波钢轨探伤是目前世界公认早期发现钢轨内部伤损，降低断轨风险，提高列车运行安全性最有效、最重要的手段之一。探轮自动对中控制是钢轨探伤车的关键核 心技术，如何控制探轮位置使超声波有效入射钢轨将直接影响探伤检测的质量和效果。 探轮自动对中控制的目的就是确保探轮处于钢轨中心一定偏差范围内，使探轮与钢轨 踏面的结合处利于各通道超声波入射，特别是底波反射，是衡量对中控制效果的主要 指标。探轮对中不好，导致钢轨探伤车对钢轨漏检，是钢轨探伤漏报的主要因素。
在现有技术中，与本发明较为相关的技术方案主要有：
现有技术1为本申请人于2018年04月20日申请，并于2018年11月16日公开， 公开号为CN108819963A的中国发明申请。该发明公开了一种带磨耗补偿的自动对中 控制装置，包括：对中传感器，获取钢轨内侧的轨廓数据，以及探轮的实际位置；磨 耗补偿计算单元，根据钢轨内侧的轨廓数据计算钢轨的轨头磨耗量，通过该磨耗量计 算磨耗补偿量，并根据磨耗补偿量至少分三档对对中基准值进行补偿；PID控制单元， 根据磨耗补偿计算单元输出的经过补偿的对中基准值，以及探轮的实际位置进行PID 控制，并输出对中控制值。该发明能够解决在轨头磨耗严重的钢轨上，对中装置控制 偏差正常的情况下，仍然严重失波的技术问题。
现有技术2为中国铁道科学院于2016年05月10日申请，并于2016年11月23 日公开，公开号为CN205706703U的中国实用新型专利。该实用新型公开了一种采用 自动对中方式的钢轨探伤车，该钢轨探伤车包括：探伤车、探伤系统、自动对中系统； 其中，探伤车，在钢轨上行驶；探伤系统，安装于探伤车上，包括探轮，用于进行钢 轨内部的伤损检测；自动对中系统，安装于探伤车上，包括自动对中传感器、自动对 中控制柜、自动对中驱动电机。其中，自动对中传感器，用于检测探轮与钢轨中心线 的偏差，将检测结果发送至自动对中控制柜。自动对中控制柜，用于根据检测结果， 发送控制指令至自动对中驱动电机。自动对中驱动电机，用于调整探轮的水平位置， 修正探轮与钢轨中心线的偏差。
然而，上述现有技术1的自动对中控制装置存在一定的原理性缺陷，该技术主要解决对中偏差检测精度的技术问题，没有解决对中控制中出现的调节偏差问题，且无 详细控制模型及流程。而现有技术2为一种采用自动对中方式的钢轨探伤车的实施结 构，不涉及钢轨探伤车自动对中控制调节。
现有技术的自动对中控制装置，对中装置安装在机车转向架上，当机车经过线路弯道曲线时，转向架侧梁成为线路曲线的弦，安装在转向架上的探轮不调节时，它与 钢轨中心线的偏差等于正矢值，因而PID控制单元的探轮偏差给定与线路曲线曲率相 关。由于自动对中控制装置根据探轮与钢轨中心线偏差进行调节，即产生偏差后再进 行调节，因而在机车经过弯道线路时存在调节滞后，在进出弯道线路时产生较大偏差， 特别是对于小曲率半径线路。自动对中控制系统采用手工干预调节的方法，通过人工 观测线路，只有预估前方线路弯道曲率半径并提前进行相应手动调节，自动对中控制 系统才能实现较好的对中效果。其次，在大雪覆盖线路的情况下，由于对中传感器采 用激光测轨廓的方式，不能正常工作，通常采用开环控制，需人工根据路基形状或线 路边参照物来预估线路曲率半径，进行手动对中调节，大大增加了操作人员的工作强 度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种线路自适应调节的自动对中控制系统，以解决现有自动对中控制装置在机车经过弯道线路时存在滞后调节误差，时常需加人工 干预调节，人工探轮对中操作复杂的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种线路自适应调节的自动对中控制系统的技术实现方案，线路自适应调节的自动对中控制系统，包括：钢轨探伤管理地 图系统、自动对中控制系统及钢轨探伤检测系统，所述钢轨探伤管理地图系统包括地 面地图计算机及车载地图计算机。所述地面地图计算机录入铁路线路曲线参数，计算 线路曲线正矢值L并存贮至自动对中控制参数表样本TG0。所述地面地图计算机下发 探伤计划路径及对中控制参数表样本TG0至车载地图计算机。所述车载地图计算机下 发自动对中控制参数表样本TG0至自动对中控制系统，所述车载地图计算机提供当前 机车运行里程脉冲坐标和机车速度值，下发至自动对中控制系统及钢轨探伤车检测系 统。所述自动对中控制系统根据里程脉冲坐标、机车速度，以及自动对中控制参数表 样本TG0中的对中偏差值，计算得到给定预估值以控制探轮自动对中。所述钢轨探伤 检测系统形成检测B型图，识别钢轨接缝，并提供钢轨接缝同步定位。
进一步的，所述自动对中控制系统包括手动调节给定、PID控制单元、对中控制单元、电缸及对中传感器。所述对中传感器将探轮的位置偏差输入至PID控制单元，所 述PID控制单元通过PID对中控制算法生成控制量并输出至对中控制单元以驱动电 缸，并带动探轮移动，从而减小线路对中偏差。所述对中传感器与探轮联动，用于测 量线路与所述探轮之间的偏差值。
进一步的，所述车载地图计算机通过卫星定位系统定位，并利用钢轨探伤检测系统的检测B型图与钢轨接缝同步，为所述自动对中控制系统及钢轨探伤车检测系统提 供高精度定位的里程脉冲坐标。
进一步的，所述地面地图计算机提供探伤计划路径及自动对中控制参数表样本TG0，并通过与车载地图计算机无线通讯转发至自动对中控制系统。
进一步的，所述自动对中控制系统记录自动对中控制参数表TG1，通过车载地图计算 机转发至地面地图计算机。所述地面地图计算机对自动对中控制参数表TG1中的对中偏差进 行评估，将满足控制要求的自动对中控制参数表TG1作为自动对中控制参数表样本TG0。
进一步的，所述自动对中控制参数表TG1包括以里程脉冲为坐标记录的线路曲线正矢 值L、机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES，所述线路曲线正矢值L、机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES均为里程脉冲的函数，所述线路曲线正矢值L 通过自动对中控制参数表样本TG0得到。在进出线路弯道时，所述线路曲线正矢值L也 能由自动对中控制参数表样本TG0中得到近似值L＝PM+ES。
进一步的，所述自动对中控制系统的控制方式包括：自适应开环控制方式、自动对中控 制方式及自适应对中控制方式。
进一步的，当所述对中传感器不正常时，所述自动对中控制系统则采用自适应开环控制 方式，包括开环控制模式及闭环控制模式，在对中对中传感器正常或不正常时自动切换。在 所述对中传感器不正常的情况下，所述自动对中控制系统采用开环控制模式：所述自动对中 控制系统读取自动对中控制参数表样本TG0中的线路曲线正矢值L。当机车运行时，所述 车载地图计算机发送里程脉冲坐标X及机车速度V至自动对中控制系统，所述自动对 中控制系统计算系统响应时间为t、输出滞后时间为T的里程脉冲坐标，得到预估调节给定 值PG的函数表达式：PG(t+T)＝L(X+V×T)。在所述探轮偏离线路时，所述钢轨探伤检测系统 显示底波丢失，提示操作人员施加手动调节给定值PM进行干预调节，以消除开环控制累积误 差，所述自动对中控制系统控制探轮的位置UL跟随给定值UL＝L+PM。在所述对中传感器正 常的情况下，所述自动对中控制系统采用闭环控制模式：所述自动对中控制系统控制探轮 的位置UL跟随线路曲线给定值PL及手动调节给定值PM，函数表达式为 UL(t+T)＝PL(t)+PM(t)，其中t为系统响应时间，T为系统输出滞后时间。
进一步的，当所述对中传感器正常，但在自动对中控制参数表样本TG0中不存在对中 偏差值ES的记录时，所述自动对中控制系统则采用自动对中控制方式。当机车运行时，所 述车载地图计算机发送里程脉冲坐标X及机车速度V至自动对中控制系统，所述自动 对中控制系统控制探轮的位置UL跟随线路曲线给定值PL及手动调节给定值PM，函数 表达式为UL(t+T)＝PL(t)+PM(t)。所述自动对中控制系统以里程脉冲为坐标定距记录包括机 车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES在内的运行参数，并存贮至自动对 中控制参数表TG1。
进一步的，当所述对中传感器正常，且在自动对中控制参数表样本TG0中有对中偏差 样本值ES记录时，所述自动对中控制系统则采用自适应对中控制方式。当机车运行时，所 述车载地图计算机发送里程脉冲坐标X及机车速度V至自动对中控制系统。所述自动 对中控制系统计算系统响应时间为t、输出滞后时间为T的里程脉冲坐标为X+V×T，读 取自动对中控制参数表样本TG0中的手动调节给定值PG及对中偏差值ES，得到预估 调节给定值PG的函数表达式为PG(t+T)＝PM(X+V×T)+ES(X+V×T)，所述自动对中控制系 统控制探轮的位置UL跟随线路曲线给定值PL，UL＝PL。所述自动对中控制系统以里程脉 冲为坐标定距自动记录包括机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES在内 的运行参数，并存贮至自动对中控制参数表TG1。
进一步的，钢轨探伤检测回放分析系统能调用地面地图计算机，实现所述检测B型图与地图运行路径及自动对中控制参数表TG1的联动，进行伤损检测分析定位，并 根据对中偏差值ES确定是否漏检。
进一步的，所述车载地图计算机提供高精度定位的里程脉冲坐标，所述自动对中控制 系统根据自动对中控制参数表样本TG0，得到预估调节给定值PG，自适应控制所述探轮自 动对中线路。在所述对中传感器工作不正常的情况下，也能自动开环调节所述探轮对中，如 出现对中偏差，则操作人员根据所述钢轨探伤检测系统的底波丢失警示施加手动调节给定值 PM进行干预。
通过实施上述本发明提供的线路自适应调节的自动对中控制系统的技术方案，具有如下有益效果：
(1)本发明线路自适应调节的自动对中控制系统，根据探伤车在铁路线路运行重复性，自动记录对中控制参数，根据前次给定值及对中偏差反馈值，结合当机车运行 速度，得到预估给定值，实现线路无滞后对中控制，避免了探轮对中不佳带来的漏检、 误检；
(2)本发明线路自适应调节的自动对中控制系统，能够自动为对中控制系统提供对应线路的预估给定值，无需人工调节，减少了操作人员工作量；钢轨探伤车在一些 极端情况下，如大雪覆盖铁路线路、灰尘覆盖传感器相机镜头导致对中传感器时好时 坏，以及对中传感器损坏的情况下，本发明线路自适应调节的自动对中系统也能根据 对中控制参数样本自动进行开环调节，大大减少了操作人员操作难度；
(3)本发明线路自适应调节的自动对中控制系统，能够自动记录对中偏差，为伤损B型图回放联动分析提供了有力的数据支持，提高了伤损诊断的准确性。
附图说明
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
里程脉冲数：机车轮对轴端安装有旋转编码器，半径为的车轮运转一周，行驶距离为，对应编码器旋转一周输出的脉冲数，由于编码器精度高，且用于探伤车定距检 测，故该脉冲间距作定位基本单位，里程用该脉冲数表示；
线路公里标：线路公里标表示从铁路线起点开始计算的连续里程，每公里设置一个；
里程脉冲坐标：机车车轮校准后，按站点区段以里程脉冲数表示；
钢轨接缝同步：通过全球定位系统定位，再通过钢轨探伤车检测系统B型图识别钢轨接缝，得到钢轨接缝处里程脉冲，与上次运行钢轨接缝位置同步；
对中传感器：采用激光轮廓测量原理，得到测量轮廓与标准钢轨轮廓的变化量，根据空间转换参数，得到钢轨与传感器位移量，由于传感器与探轮联动，从而推导出 钢轨与探轮的位移值，当不能获得轮廓图形时，判断为对中传感器不正常；
B型图：钢轨探伤车检测系统根据超声波检测结果以图像方式显示伤损；
底波丢失：钢轨探伤车检测系统通过0度压电晶片发射垂直方向超声波，到达钢轨底部后原路返回，检测到钢轨底波，如未检测到底波，称为底波丢失，判断为探轮 偏离钢轨。
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的介绍。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它的实施例。
图1是本发明线路自适应调节的自动对中控制系统一种具体实施例的系统结构组成 框图；
图2是本发明线路自适应调节的自动对中控制系统一种具体实施例中自动对中控制系 统的功能原理框图；
图3是本发明线路自适应调节的自动对中控制系统一种具体实施例中自动对中控制系 统的功能模型框图；
图4是本发明线路自适应调节的自动对中控制系统中线路曲线正矢值计算示意图；
图5是本发明线路自适应调节的自动对中控制系统一种具体实施例中自动对中控制 系统的系统结构框图；
图6是本发明线路自适应调节的自动对中控制系统一种具体实施例的控制参数示意 图；
图7是一种基于本发明系统的自适应对中控制方法的程序流程图；
图中：1-手动调节给定，2-PID控制单元，3-对中控制单元，4-电缸，5-探轮，6- 对中传感器，7-预估调节给定，8-线路偏差给定，10-钢轨探伤管理地图系统，11-地面 地图计算机，12-车载地图计算机，20-自动对中控制系统，30-钢轨探伤检测系统。
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、完整的描述。显然，所描述的实 施例仅仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于 本发明保护的范围。
如附图1至附图7所示，给出了本发明线路自适应调节的自动对中控制系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的目的在于提供一种线路自适应调节的自动对中控制系统，根据铁路线路固有曲线，得到对应探轮5的对中偏差给定值，结合钢轨探伤车上次在相同线路上运 行时的探轮对中偏差值，为自动对中控制系统20提供修正的预估给定值，以解决现有 自动对中控制装置在机车经过弯道线路时存在滞后调节误差，时常需加人工干预调节 的技术问题。另外，在对中传感器6不能完全正常工作情况下，如大雪覆盖线路或对 中传感器6损坏时，自动对中控制系统20采用自适应开环控制方式，根据线路曲线参 数自动调节探轮5，大大减少了人工探轮对中操作。
本发明具体实施例给出的一种线路自适应调节的自动对中控制系统的系统结构框 图，如附图1所示。其中，地面地图计算机11通过无线网络与车载地图计算机12通 讯，车载地图计算机12通过网络分别与自动对中控制系统20及钢轨探伤检测系统30 通讯。
地面地图计算机11通过无线网络下发探伤计划及自动控制参数表样本TG0至车载地图计算机12，车载地图计算机12通过网络通讯下发自动对中控制参数表样本TG0 至自动对中控制系统20。车载地图计算机12检测钢轨探伤车的当前位置，初始化里 程脉冲坐标X0，通过网络通讯将里程脉冲坐标分别下发至自动对中控制系统20及钢 轨探伤检测系统30。
本发明具体实施例描述的线路自适应调节的自动中控制系统功能原理框图如附图 2所示，控制目标为位置跟随系统，包括：手动调节给定1、PID控制单元2、对中控 制单元3、电缸4、探轮5及对中传感器6，对中系统的工作模式分为手动对中方式和 自动对中方式。对中传感器6将探轮5的位置偏差输入至PID控制单元2，通过PID 对中控制算法生成控制量并输出至对中控制单元3以驱动电缸4，并带动探轮5移动， 从而减小对中偏差。对中传感器6与探轮5联动，用于测量钢轨与探轮5之间的对中 偏差值。
本发明具体实施例描述的线路自适应调节的自动对中控制系统功能模型框图如附 图3所示，对中控制单元3为电子放大器，电缸4为一阶惯性环节，对中传感器5检 测线路与探轮位置UL的偏差值ES，即ES＝PL-UL，与手动调节给定值PM相加，作为 PID控制单元3的输入偏差值E。自动对中控制系统的给定包括手动调节给定1的值 PM及线路偏差给定8的值PL，反馈为探轮5的位置值UL。
下面描述线路偏差给定值产生机理。对中装置安装在机车转向架上，当机车经过线路弯道时，转向架侧梁成为线路曲线的弦，如附图4所示，安装在转向架上的探轮 5不调节时，它与钢轨中心线的偏差即正矢值AD。假定圆曲线半径为R，弦长W、正 矢L，则有(W/2)2＝L×(2R-L)，由于2R远大于L，可得：L≈W2/8R。
以机车为参照点，即机车静止，钢轨在移动，假定机车运行在直线线路时，探轮5正好对中，位于钢轨中心，此时为探轮5的初始位置值UL＝0，将机车右转弯正矢值L 对应线路偏差给定值PL定义为正，线路曲线在探轮5初始位置的左侧，则探轮位置值 UL需往左方向调节，该方向定义为正。反之，机车左转弯正矢值L对应线路偏差给定 值PL定义为负，探轮5需往右调节，UL为负。
在手动对中方式下，人工根据线路弯道方向手动调节给定，当出现往右弯道时，手动给定往右加正手动调节给定值PM，往左为负给定值。开环控制时，探轮位置UL由手动调节给定值PM决定，即UL＝PM。
在自动对中方式下，手动调节给定值PM＝0，自动对中控制系统20的给定为线路偏差给定值PL，由于电缸4为一阶惯性环节，经PID控制单元2的调节后探轮反馈值 UL产生滞后。
自动对中控制具体采用增量PID算法：
其中有
其中，u(k)为第k(k＝0,1,2,……)个采样时刻控制量，e(k)表示第k个采样时刻位置偏差，Δu为位置增量，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分系数，T为采样周期， Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。
根据Ziegler-Nichle条件，上式可简化表示为：
Δu＝Kp[2.45ek-3.5ek-1+1.25ek-2]
采用扩充临界比例整定法，只需通过试验整定一个参数Kp，实现较好的对中控制效果，调整系统接近于纯滞后位置随动系统，函数表达式为UL(t+T)＝PL(t)，t为系统响 应时间，T为系统输出滞后时间。
本发明具体实施例描述的线路自适应调节的自动对中控制系统，根据本次自动对中控制系统运行记录数据，得到预估调节给定值，实现下次相同线路处位置的无滞后 跟随控制，即UL＝PL，其功能结构框图如附图5所示。
在自动对中控制方式下，如附图6所示得到线路自适应调节的自动对中控制系统的 控制参数示意图，图中线路曲线①假定为经过线路弯道AB，②为经线路①推导的正矢值L，作为线路偏差给定值PL，③为PID控制单元2的输入偏差值E＝PM+ES(当不 加手动给定时PM＝0，E＝ES)，④为预估调节给定值PG，在③的基础上时间超前E(t+T)， 对于纯滞后系统，函数表达式为PG(t+T)＝E(t+T)＝PG(t+T)-PL(t)，⑤自适应对中控制给定 值为PG(t+T)+PL(t)。
在自适应对中控制方式下，机车速度值为V，机车当前位置为X，预估调节给定 值PG的表达式从时域转换为空间域，得到自适应对中给定值的函数表达式为 PG(t+T)＝E(X+V×T)＝ES(X+V×T)，控制输出UL(t+T)＝PG(t+T)+PL(t)＝PL(t+T)，该系统为 位置跟随控制，即UL＝PL。
自适应开环控制给定值的函数表达式为PG(t+T)＝L(X+V×T)，控制探轮位置UL跟随 预估调节给定PG，函数表达式为UL(t)＝L(X)。
在机车进出线路弯道时，自动对中控制系统20输出滞后，探轮5的位置在滞后时间T内不变，即UL＝0，线路曲线正矢值L等于自动对中控制参数表样本TG0的输入 偏差值E＝PM+ES，即L＝PM+ES。
实施例1
如附图1所示，一种本发明线路自适应调节的自动对中控制系统应用于自适应开环控 制的方式实施例，用于在大雪覆部分线路时进行探伤检测，通过探伤计划任务下达，能 够显著降低操作人员的劳动强度，减少钢轨探伤车漏检现象。
线路自适应调节的自动对中控制系统具体包括：钢轨探伤管理地图系统10、自动对中 控制系统20及钢轨探伤检测系统30。钢轨探伤管理地图系统10包括地面地图计算机11 及车载地图计算机12。地面地图计算机11录入铁路线路曲线参数，计算线路曲线正矢值L，作为对中偏差给定值PL。如附图4所示，假定圆曲线半径为R，弦长W、正矢值L， 则：L≈W2/8R，存贮在自动对中控制参数表样本TG0中。经无线通讯下发探伤计划路 径及自动对中控制参数表样本TG0至车载地图计算机12。车载地图计算机12下发自动 对中控制参数表样本TG0至自动对中控制系统20，车载地图计算机12提供当前机车运 行里程脉冲坐标X和机车速度V，通过通讯下发至自动对中控制系统20及钢轨探伤检测 系统30。自动对中控制系统20计算系统响应时间为t、输出滞后时间为T的里程脉冲坐标 X+V×T，读取自动对中控制参数表样本TG0中的线路曲线正矢值L，得到预估调节给定 值函数表达式为PG(t+T)＝L(X+V×T)。自动对中控制系统20控制探轮5的位置UL跟随预估 调节给定PG(t)，即UL＝L，调节过程中，钢轨探伤检测系统30有底波丢失警示，则施加 手调调节给定值PM进行干预，自动对中控制系统20控制探轮5的位置UL跟随预估调节 给定值PG及手动调节给定值PM，函数表达式为UL＝L+PM。调节过程中，若对中传感器6 已经正常，则转换为闭环控制模式消除开环累积误差，自动对中控制系统20控制探轮5 的位置UL滞后跟随线路曲线给定值PL，函数表达式为UL(t+T)＝PL(t)。自动对中控制系统 20定距自动记录运行参数，形成自动对中控制参数表TG1，探伤任务完成后，通过车载地 图计算机12转发至地面地图计算机11。钢轨探伤(B型图)回放分析系统可以调用地面地 图计算机11，实现检测B型图与地图运行路径及自动对中控制参数表TG1的联动，进行 伤损检测分析定位，并根据对中偏差值ES确定是否漏检。
实施例1描述的线路自适应调节的自动对中控制系统应用于开环控制，根据大雪覆 盖线路，对中传感器6时好时坏的情况，采用开环控制与闭环控制自动切换方式工作。在对 中传感器6不正常的情况下，根据线路弯道曲线，提前自动给定，代替人工操作；在对中传 感器6正常的情况下，则采用闭环控制模式消除开环累积误差，降低操作人员的劳动强度。
实施例2
如附图1所示，一种本发明线路自适应调节的自动对中控制系统应用于自动对中控制 方式的实施例，用于探伤计划任务下达，得到记录自动对中控制参数表样本TG0，钢轨探 伤(B型图)回放分析系统调用地面地图计算机11，实现地图运行路径及自动对中控 制参数表TG1联动，进行伤损检测分析定位。
线路自适应调节的自动对中控制系统具体包括：钢轨探伤管理地图系统10、自动对中 控制系统20及钢轨探伤检测系统30。钢轨探伤管理地图系统10包括地面地图计算机11 及车载地图计算机12。地面地图计算机11经无线通讯下发探伤计划路径至车载地图计算机12。车载地图计算机12提供当前机车运行里程脉冲坐标X0和机车速度V，通过通 讯下发至自动对中控制系统20及钢轨探伤检测系统30。自动对中控制系统20控制探轮5 滞后跟随线路曲线，即：UL(t+T)＝PL(t)，在进出小半径线路弯道路时，可以施加手动调 节给定值PM进行干预调节。自动对中控制系统20定距记录自动对中控制参数表TG1， 包括机车速度值V、手动给定值PM及对中偏差值ES。探伤任务完成后，自动对中控制系 统20通过车载地图计算机12转发自动对中控制参数表TG1至地面地图计算机11。地面地 图计算机12对自动对中控制参数表TG1进行评估，将满足控制要求的自动对中控制参数表 TG1替代自动对中控制参数表样本TG0。钢轨探伤(B型图)回放分析系统可以调用地 面地图计算机11，实现地图运行路径及自动对中控制参数表TG1联动，进行伤损检测 分析定位。
实施例2描述的线路自适应调节的自动对中控制系统应用于自动对中控制，得到自 适应调节的自动对中控制参数表样本TG0。钢轨探伤(B型图)回放分析系统调用地面地图计算机11，与地图运行路径及自动对中控制参数表TG1联动，进行伤损检测分析定 位，自动对中控制参数表TG1中的对中偏差值为钢轨探伤车是否漏检提供了数据支持， 提高了伤损诊断的准确性。
实施例3
如附图1所示，一种本发明线路自适应调节的自动对中控制系统应用于自适应对中控 制方式的实施例，用于探伤计划任务及自动对中控制参数表样本TG0下达，自动对中控制 系统20根据自动对中控制参数表样本TG0，得到自适应调节的自动对中预估给定值。
线路自适应调节的自动对中控制系统具体包括：钢轨探伤管理地图系统10、自动对中 控制系统20及钢轨探伤检测系统30。钢轨探伤管理地图系统10包括地面地图计算机11 及车载地图计算机12。地面地图计算机11经无线通讯下发探伤计划路径及自动对中控制参数表样本TG0至车载地图计算机12。车载地图计算机12提供当前机车运行里程脉冲 坐标X和机车速度V，通过通讯下发至自动对中控制系统20及钢轨探伤检测系统30。自 动对中控制系统20计算系统响应时间为t、输出滞后时间为T的里程脉冲坐标X0+V×T，读 取自动对中控制参数表样本TG0中的手动调节给定值PM及对中偏差值ES，得到预估调 节给定值PG，函数表达式为PG(t+T)＝PM(X+V×T)+ES(X+V×T)。自动对中控制系统20控 制探轮5跟随线路曲线，即UL＝PL，自动对中控制系统20定距记录自动对中控制参数表 TG1，包括机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES。探伤任务完成后，自动 对中控制系统20通过车载地图计算机12转发自动对中控制参数表TG1至地面地图计算机 11。地面地图计算机12分析自动对中控制参数表TG1，如本次对中偏差值ES优于自动 对中控制参数表样本TG0中的对中偏差值ES，则该自动对中控制参数表TG1作为自动 对中控制参数表样本TG0。钢轨探伤(B型图)回放分析系统可以调用地面地图计算机 11，实现地图运行路径及自动对中控制参数表TG1联动，进行伤损检测分析定位。
实施例3描述的线路自适应调节的自动对中控制系统应用于自适应对中控制，能够 解决自动对中控制系统20控制滞后，在小曲率半径线路需要手动调节给定干预的技术问题。
实施例4
如附图7所示，一种基于本发明系统的线路自适应调节的自动对中控制方法的实施 例，具体包括以下步骤：
S1)系统工作前准备工作：在地面地图计算机11中录入线路公里标对应的铁路线路曲线参数，计算线路曲线正矢值L≈W2/8R，其中R为圆曲线半径，W为弦长，存贮入 自动对中控制参数表样本TG0，用于开环控制自动给定。
S10)地面地图计算机11下发探伤计划路径及自动对中控制参数表样本TG0至车载地图计算机12，车载地图计算机12转发自动对中控制参数表样本TG0至自动对中控制 系统20。车载地图计算机12通过卫星定位系统定位，并利用钢轨探伤检测系统30的检 测B型图与钢轨接缝同步，为自动对中控制系统20及钢轨探伤检测系统30提供高精度 的相对定位里程脉冲坐标。
S20)自动对中控制系统20检测对中传感器6是否正常，若对中传感器6不正常则执行下一步骤S21)进行自适应开环控制，若对中传感器6正常则执行下一步骤S30)， 判断自动对中控制参数表样本TG0中是否存在对中偏差值ES的记录。
S21)人工确认对中控制方式为自适应开环对中控制，当对中传感器6不正常时，设置对中偏差值Es＝0，施加手动调节给定值PM进行干预调节，使探轮5对中，执行下 一步骤S22)进行开环控制。
S22)自动对中控制系统20采用自动开环控制，当机车运行，车载地图计算机12 发送里程脉冲坐标X及机车速度V。自动对中控制系统20计算系统响应时间为t、输出滞 后时间为T的里程脉冲坐标为X+V×T，读取自动控制参数表样本TG0中的线路曲线正矢 值L，得到预估调节给定PG(t+T)＝L(X+V×T)，自动对中控制系统20控制探轮5的位置UL跟随预估调节给定值UL＝L。调节过程中，可施加手调调节给定值PM进行干预，则 UL＝L+PM，自动对中控制系统20记录自动对中控制参数表TG1，再进入下一步骤S23) 检查是否接收到车载地图计算机12的结束命令。
S23)若接收到车载地图计算机12的结束命令，则执行下一步骤S27)；若未收到 车载地图计算机12的结束命令，则执行下一步骤S24)检测对中传感器6是否已经正常。
S24)若对中传感器6已经正常，则执行下一步骤S26)根据对中传感器6的位置偏差值ES闭环控制消除开环累积误差。若对中传感器6不正常，则执行下一步骤S25)判 断钢轨探伤检测系统30是否存在底波丢失警示。
S25)若钢轨探伤检测系统30存在底波丢失警示，则需人工根据视频监控施加手动调节给定值PM，进入下一步骤S21)进行人工干预，消除开环控制累积偏差。若不存 在底波丢失警示则无需人工调节干预，执行下一步骤S22)进入开环控制循环。
S26)自动对中控制系统20采用自动对中闭环控制，控制探轮5的位置UL滞后跟随线路曲线给定值PL及手动调节给定值PM，函数表达式为UL(t+T)＝PL(t)+PM(t)，再执行下一步骤S23)检查是否收到车载地图计算机12的结束命令。
S27)上传自动对中控制参数表TG1至地面地图计算机11，再执行下一步骤S80)。
S30)若不存在对中偏差值ES的记录，则执行下一步骤S31)进入自动对中控制。 若存在自动对中偏差ES的记录，则执行下一步骤S40)进入自适应对中控制。
S31)人工确认对中控制方式为自动对中控制，机车运行，车载地图计算机12发送里程脉冲坐标X及机车速度V至自动对中控制系统20。在进出小半径线路弯道路时，可 施加手动调节给定值PM进行干预调节，自动对中控制系统20控制探轮5的位置UL滞后 跟随线路曲线给定值PL及手动调节给定值PM，函数表达式为UL(t+T)＝PL(t)+PM(t)。自动对 中控制系统20定距记录自动对中控制参数表TG1，包括机车速度值V、手动调节给定值 PM及对中偏差值ES，循环执行该步骤，直至接收到车载地图计算机12的结束命令，执 行下一步骤S50)提交自动对中控制参数表TG1。
S40)人工确认对中控制方式为自适应对中控制，机车运行，车载地图计算机12 发送里程脉冲坐标X及机车速度V至自动对中控制系统20。自动对中控制系统20计算系 统响应时间为t、输出滞后时间为T的里程脉冲坐标为X+V×T，读取自动对中控制参数表 样本TG0中手动调节给定值PM与对中偏差值ES，得到预估调节给定值PG，函数表达式为 PG(t+T)＝PM(X+V×T)+ES(X+V×T)，通过自适应对中控制方式控制探轮5跟随线路曲线， 即探轮5的位置UL＝PL。自动对中控制系统20定距记录自动对中控制参数表TG1，包括 机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES，循环执行该步骤，直至接收到车 载地图计算机12的结束命令，执行下一步骤S50)提交自动对中控制参数表TG1。
S50)自动对中控制系统20通过车载地图计算机12上传自动对中控制参数表TG1到地面地图计算机11，执行下一步骤S60)地面地图计算机11分析自动对中控制参数表TG1。
S60)若判断自动对中控制参数表TG1中的对中偏差值ES优于自动对中控制参数表样本TG0的中对中偏差值ES，则执行下一步骤S70)进行样本更新。否则不进行样本更 新，执行下一步骤S80)进行钢轨探伤B型图回放分析。
S70)采用本次自动对中控制参数表TG1替代更新自动对中控制参数表样本TG0，再执行下一步骤S80)。
S80)通过钢轨探伤检测回放分析系统调用地面地图计算机11，实现检测B型图与地图运行路径及自动对中控制参数表TG1的联动，进行伤损检测分析定位。
通过实施本发明具体实施例描述的线路自适应调节的自动对中控制系统的技术方 案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的线路自适应调节的自动对中控制系统，根据探伤车在铁路线路运行的重复性，自动记录对中控制参数，根据前次给定值及对中偏差反馈 值，结合当机车运行速度，得到预估给定值，实现线路无滞后对中控制，避免了探轮 对中不佳带来的漏检、误检；
(2)本发明具体实施例描述的线路自适应调节的自动对中控制系统，能够为自动对中控制系统提供对应线路的预估给定值，无需人工调节，大大减少了操作人员工作 量；钢轨探伤车在一些极端情况下，如大雪覆盖铁路线路、灰尘覆盖对中传感器照相 镜头导致对中传感器时好时坏，以及对中传感器损坏的情况下，本发明线路自适应调 节的自动对中系统也能根据对中控制参数样本，自动切换开环控制模式与闭环控制模 式，大大减少了操作人员操作难度；
(3)本发明具体实施例描述的线路自适应调节的自动对中控制系统，能够自动记录对中偏差，为伤损B型图回放联动分析提供了有力的数据支持，提高了伤损诊断的 准确性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的 技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方 法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等 效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上 实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案 保护的范围。
Claims (12)
1.一种线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于，包括：钢轨探伤管理地图系统(10)、自动对中控制系统(20)及钢轨探伤检测系统(30)，所述钢轨探伤管理地图系统包括地面地图计算机(11)及车载地图计算机(12)；所述地面地图计算机(11)录入铁路线路曲线参数，计算线路曲线正矢值L并存贮至自动对中控制参数表样本TG0；所述地面地图计算机(11)下发探伤计划路径及自动对中控制参数表样本TG0至车载地图计算机(12)；所述车载地图计算机(12)下发自动对中控制参数表样本TG0至自动对中控制系统(20)，所述车载地图计算机(12)提供当前机车运行的里程脉冲坐标及机车速度值，下发至自动对中控制系统(20)及钢轨探伤车检测系统(30)；所述自动对中控制系统(20)根据里程脉冲坐标、机车速度值，以及自动对中控制参数表样本TG0中的手动调节给定值、对中偏差值，计算得到预估调节给定值以控制探轮(5)自动对中；所述钢轨探伤检测系统(30)形成检测B型图，识别钢轨接缝，提供钢轨接缝同步定位。
2.根据权利要求1所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：所述自动对中控制系统(20)包括手动调节给定(1)、PID控制单元(2)、对中控制单元(3)、电缸(4)及对中传感器(6)；所述对中传感器(6)将探轮(5)的位置偏差输入至PID控制单元(2)，所述PID控制单元(2)通过PID对中控制算法得到控制量并输出至对中控制单元(3)以驱动电缸(4)，并带动探轮(5)移动，从而减小线路对中偏差；所述对中传感器(6)与探轮(5)联动，用于测量线路与所述探轮(5)之间的对中偏差值。
3.根据权利要求1或2所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：所述车载地图计算机(12)通过卫星定位系统定位，并利用钢轨探伤检测系统(30)的检测B型图与钢轨接缝同步，为所述自动对中控制系统(20)及钢轨探伤车检测系统(30)提供高精度定位的里程脉冲坐标。
4.根据权利要求3所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：所述地面地图计算机(11)提供探伤计划路径及自动对中控制参数表样本TG0，并通过与车载地图计算机(12)无线通讯转发至自动对中控制系统(20)。
5.根据权利要求1、2或4所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：所述自动对中控制系统(20)记录自动对中控制参数表TG1，通过车载地图计算机(12)转发至地面地图计算机(11)；所述地面地图计算机(11)对自动对中控制参数表TG1中的对中偏差进行评估，将满足控制要求的自动对中控制参数表TG1作为自动对中控制参数表样本TG0。
6.根据权利要求5所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：所述自动对中控制参数表TG1包括以里程脉冲为坐标记录的线路曲线正矢值L、机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES，所述线路曲线正矢值L、机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES均为里程脉冲的函数，所述线路曲线正矢值L通过自动对中控制参数表样本TG0得到；在进出线路弯道时，所述线路曲线正矢值L也能由自动对中控制参数表样本TG0中得到近似值L＝PM+ES。
7.根据权利要求6所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：所述自动对中控制系统(20)的控制方式包括：自适应开环控制方式、自动对中控制方式及自适应对中控制方式。
8.根据权利要求7所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：当所述对中传感器(6)不正常时，所述自动对中控制系统(20)则采用自适应开环控制方式，包括开环控制模式及闭环控制模式，在对中对中传感器(6)正常或不正常时自动切换；在所述对中传感器(6)不正常的情况下，所述自动对中控制系统(20)采用开环控制模式：所述自动对中控制系统(20)读取自动对中控制参数表样本TG0中的线路曲线正矢值L；当机车运行时，所述车载地图计算机(12)发送里程脉冲坐标X及机车速度V至自动对中控制系统(20)，所述自动对中控制系统(20)计算系统响应时间为t、输出滞后时间为T的里程脉冲坐标，得到预估调节给定值PG的函数表达式：PG(t+T)＝L(X+V×T)；在所述探轮(5)偏离线路时，所述钢轨探伤检测系统(30)显示底波丢失，提示操作人员施加手动调节给定值PM进行干预调节，以消除开环控制累积误差，所述自动对中控制系统(20)控制探轮(5)的位置UL跟随给定值UL＝L+PM；在所述对中传感器(6)正常的情况下，所述自动对中控制系统(20)采用闭环控制模式：所述自动对中控制系统(20)控制探轮(5)的位置UL跟随线路曲线给定值PL及手动调节给定值PM，函数表达式为UL(t+T)＝PL(t)+PM(t)，其中PL、PM为函数，t为系统响应时间，T为系统输出滞后时间。
9.根据权利要求7所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：当所述对中传感器(6)正常，但在自动对中控制参数表样本TG0中不存在对中偏差值ES的记录时，所述自动对中控制系统(20)则采用自动对中控制方式；当机车运行时，所述车载地图计算机(12)发送里程脉冲坐标X及机车速度V至自动对中控制系统(20)，所述自动对中控制系统(20)控制探轮(5)的位置UL跟随线路曲线给定值PL及手动调节给定值PM，函数表达式为UL(t+T)＝PL(t)+PM(t)；所述自动对中控制系统(20)以里程脉冲为坐标定距记录包括机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES在内的运行参数，并存贮至自动对中控制参数表TG1。
10.根据权利要求7所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：当所述对中传感器(6)正常，且在自动对中控制参数表样本TG0中有对中偏差样本值ES记录时，所述自动对中控制系统(20)则采用自适应对中控制方式；当机车运行时，所述车载地图计算机(12)发送里程脉冲坐标X及机车速度V至自动对中控制系统(20)；所述自动对中控制系统(20)计算系统响应时间为t、输出滞后时间为T的里程脉冲坐标为X+V×T，读取自动对中控制参数表样本TG0中的手动调节给定值PG及对中偏差值ES，得到预估调节给定值PG的函数表达式为PG(t+T)＝PM(X+V×T)+ES(X+V×T)，所述自动对中控制系统(20)控制探轮(5)的位置UL跟随线路曲线给定值PL，UL＝PL；所述自动对中控制系统(20)以里程脉冲为坐标定距自动记录包括机车速度值V、手动调节给定值PM及对中偏差值ES在内的运行参数，并存贮至自动对中控制参数表TG1。
11.根据权利要求8、9或10所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：钢轨探伤检测回放分析系统能调用地面地图计算机(11)，实现所述检测B型图与地图运行路径及自动对中控制参数表TG1的联动，进行伤损检测分析定位，并根据对中偏差值ES确定是否漏检。
12.根据权利要求11所述的线路自适应调节的自动对中控制系统，其特征在于：所述车载地图计算机(12)提供高精度定位的里程脉冲坐标，所述自动对中控制系统(20)根据自动对中控制参数表样本TG0，得到预估调节给定值PG，自适应控制所述探轮(5)自动对中线路；在所述对中传感器(6)工作不正常的情况下，也能自动开环调节所述探轮(5)对中，如出现对中偏差，则操作人员根据所述钢轨探伤检测系统(30)的底波丢失警示施加手动调节给定值PM进行干预。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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