CN216002558U - 通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于重载列车轴重转移技术领域，具体涉及通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的装置，包括机车本体、前车轮和后车轮，机车本体上安装有主逆变器、抗干扰车钩力传感器、第二传感器、第三传感器、前控制器后控制器和电源，A、建造机车车钩力受力模型；B、建立车钩力‑轮轨法向力函数，设计转矩分配算法；C、结合大功率电机的动态响应特征；D、主逆变器分别对前控制器和后控制器，实时调整驱动扭矩；E、按照1435:600的比例建立相应的转向架缩尺模型，验证控制算法的实用性；将控制信号作为输入，得出相应的驱动信号输出，将扭矩可以以时变外力的形式反馈给机车动力学模型，实现电机的闭环控制，达到多电机协同驱动的效果。

Description

通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的装置

技术领域

本实用新型属于重载列车轴重转移技术领域，具体涉及通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的装置。

背景技术

由于车钩力的动态变化不可避免会产生轴重转移，有效利用轴重转移带来的黏着再分配机制，对提高机车牵引能力具有重要作用。机械受力方面，钩缓装置的纵向强载荷会导致机车车体产生“前仰后坐”的点头趋势，进而使前转向架轮轨法向力减载、后转向架轮轨法向力增载，后驱动轮对可有效利用的黏着就要高于前驱动轮对。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的装置方法，能够结合重载列车的运行特点，充分利用车间牵引力形成的轴重转移，最大程度上利用轮轨摩擦，实现轮轨黏着状态与牵引电机输出转矩间的最优匹配。

本实用新型采用的具体技术方案是：通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的方法，关键是：包括机车本体，所述的机车本体上安装有主逆变器、第二传感器、第三传感器和电源，所述的机车本体下方安装有前车轮和后车轮，且前车轮和后车轮上分别安装有控制其转动的前牵引电机和后牵引电机，所述的前车轮与第二传感器连接，所述的后车轮与第三传感器连接，所述的机车本体前端安装有前控制器，后端安装有后控制器，所述的机车本体车钩处安装有抗干扰车钩力传感器；所述的主逆变器借助电源驱动，所述的抗干扰车钩力传感器、第二传感器和第三传感器均与主逆变器信号输入端连接，所述的主逆变器信号输出端与前控制器和后控制器连接，所述的前控制器和后控制器分别控制前牵引电机和后牵引电机。

本实用新型的有益效果是：提供一种新的算法，分别对前控制器和后控制器，前控制器和后控制器分别控制的前牵引电机和后牵引电机扭矩输出实时调整驱动扭矩；保证前车轮和后车轮对在运行中始终处于最佳黏着状态，从而有效减少空转打滑概率，提高重载机车整体牵引能力；前控制器和后控制器通过模糊控制算法来控制前牵引电机和后牵引电机能够使增载侧与减载侧获得合适的牵引扭矩，达到多电机协同驱动的效果。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型黏着控制算法示意图；

图3为动态车钩力示意图；

图4为本实用新型算法流程图；

附图中，1、主逆变器，2、抗干扰车钩力传感器，3、第二传感器，4、第三传感器，5、前车轮，51、前牵引电机，6、后车轮，61、后牵引电机，7、前控制器，8、后控制器，9、电源，10、机车本体，11、钢轨。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明：

通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的方法，关键是：包括机车本体10，所述的机车本体10上安装有主逆变器1、第二传感器3、第三传感器4和电源9，所述的机车本体10下方安装有前车轮5和后车轮6，且前车轮5和后车轮6上分别安装有控制其转动的前牵引电机51和后牵引电机61，所述的前车轮5与第二传感器3连接，所述的后车轮6与第三传感器4连接，所述的机车本体10前端安装有前控制器7，后端安装有后控制器8，所述的机车本体10车钩处安装有抗干扰车钩力传感器2；所述的主逆变器1借助电源9驱动，所述的抗干扰车钩力传感器2、第二传感器3和第三传感器4均与主逆变器1信号输入端连接，所述的主逆变器1信号输出端与前控制器7和后控制器8连接，所述的前控制器7和后控制器8分别控制前牵引电机51和后牵引电机61。

具体实施例如图1-4所示，通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的方法，包括以下步骤：

A、通过机车动力学仿真建造机车车钩力受力模型；

B、根据检测到的动态车钩力首先基于重载钩缓结构和载荷信息特点设计抗干扰车钩力传感器2，抗干扰车钩力传感器2即两辆车体之间的力传感器，检测动态车钩力，机车前车轮5和后车轮6上分别安装第二传感器3、第三传感器4传递两个车轮的受力；分析牵引状态变化对机车轴重转移的影响，建立车钩力-轮轨法向力函数，设计基于轴重转移的转矩分配算法；

C、然后结合大功率电机的动态响应特征，研究多电机协同输出的动态控制原理；

D、最后利用直接转矩控制方法，根据根据二系悬挂的力元反馈和抗干扰车钩力传感器2传递的动态车钩载荷传递到主逆变器1分别对前控制器7和后控制器8，前控制器7和后控制器8分别控制的前牵引电机51和后牵引电机61扭矩输出实时调整驱动扭矩，保证前车轮5和后车轮6对在运行中始终处于最佳黏着状态，从而有效减少空转打滑概率，提高重载机车整体牵引能力；

E、按照1435:600的比例建立相应的转向架缩尺模型，利用已有的实验场地，验证控制算法的实用性。

主逆变器1统一控制前控制器7和后控制器8进而控制前牵引电机51和后牵引电机61输出，具体扭矩输出还需要増载和负载情况在操控前后两个控制器对于牵引电机的扭矩进行调整。

大蠕滑轨行状态必须基于电机扭矩驱动来讨论，一般需要采用非稳态滚动的CONTACT算法或K-P算法。一般是指制动、牵引时的大蠕滑工况；基于柔体动力学理论，建立不同结构牵引轮对的柔性模型，探究不同约束载荷下轮对的固有频率；选择并修正合适的非稳态滚动蠕滑算法。

抗干扰车钩力传感器2主要是根据重载钩缓结构和载荷信息特点设计的，它可以有效的检测到车体与车体之间的动态车钩力，然后分析轴重转移对于机车的影响，然后根据控制顺序来调整轴重转移所造成的不利影响。第二、第三传感器是针对于机车前后两个车轮的受力进行的反馈。

如图1、2和4所示，所述的步骤D中，主逆变器信号控制前控制器7和后控制器8，前控制器7和后控制器8通过模糊控制算法来控制前牵引电机51和后牵引电机61扭矩进行调整，使增载侧与减载侧获得合适的牵引扭矩。

模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法，不需要精确的数学模型，便于处理复杂及难以精确描述的系统，属于智能控制范畴，前控制器7和后控制器8通过模糊控制算法控制前牵引电机51和后牵引电机61，将控制信号作为输入，然后得出相应的驱动信号输出，最终将扭矩可以以时变外力的形式反馈给机车动力学模型，以实现电机的闭环控制。

Claims (1)

1.通过车钩力计算轴重转移控制电机扭矩输出的装置，其特征在于：包括机车本体(10)，所述的机车本体(10)上安装有主逆变器(1)、第二传感器(3)、第三传感器(4)和电源(9)，所述的机车本体(10)下方安装有前车轮(5)和后车轮(6)，且前车轮(5)和后车轮(6)上分别安装有控制其转动的前牵引电机(51)和后牵引电机(61)，所述的前车轮(5)与第二传感器(3)连接，所述的后车轮(6)与第三传感器(4)连接，所述的机车本体(10)前端安装有前控制器(7)，后端安装有后控制器(8)，所述的机车本体(10)车钩处安装有抗干扰车钩力传感器(2)；所述的主逆变器(1)借助电源(9)驱动，所述的抗干扰车钩力传感器(2)、第二传感器(3)和第三传感器(4)均与主逆变器(1)信号输入端连接，所述的主逆变器(1)信号输出端与前控制器(7)和后控制器(8)连接，所述的前控制器(7)和后控制器(8)分别控制前牵引电机(51)和后牵引电机(61)。

Images