[發明專利]一種實驗用弓網動態壓力精確加載裝置及控制方法

在審

• 申請號: 201510901045.0
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105388760A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 陳忠華;時光;回立川;郭鳳儀
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于電氣化鐵路機車滑動電接觸技術領域，特別是涉及一種實驗用弓網動態壓力精確加載裝置及控制方法。

背景技術

弓網系統亦稱受電弓與接觸網系統，其是電氣化鐵路牽引供電系統的重要組成部分，列車依靠受電弓滑板與接觸網導線之間的滑動接觸獲取動力，而受電弓滑板與接觸網導線間的壓力作為影響動態受流的關鍵因素，且由于接觸網支柱和吊玄的作用，導致弓網間壓力呈現波動變化。

弓網壓力的波動變化，對受電弓滑板與接觸網導線間摩擦副的摩擦磨損特性、弓網受流質量都具有重要的影響。因此，研究弓網壓力動態波動條件下的電流傳導與摩擦磨損機理，對改善弓網系統的受流質量具有重要的指導意義，對豐富滑動電接觸理論也具有重要意義。

波動壓力的加載需要對音圈電機進行控制，盡管傳統的PID控制具有結構簡單、輸出穩定的特點，且被廣泛應用。但是，當存在模型不確定性及外界干擾的條件時，想要在此條件下實現動態壓力的高速高精度跟蹤控制，簡單PID控制的跟蹤控制效果并不理想。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種實驗用弓網動態壓力精確加載裝置及控制方法，能夠通過音圈電機的自適應滑膜控制加載動態壓力，并模擬鐵路弓網壓力的波動，為研究弓網壓力動態波動條件下的電流傳導與摩擦磨損機理提供理想方案。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種實驗用弓網動態壓力精確加載裝置，包括底座、主動滑臺、從動滑臺、驅動電機、音圈電機及受電弓滑板；在所述底座上水平安裝有滑桿，在滑桿上套裝有第一滑塊和第二滑塊，所述主動滑臺安裝在第一滑塊上，所述從動滑臺安裝在第二滑塊上；所述驅動電機安裝在底座一側立板上，驅動電機的電機軸水平連接有一根絲杠，在絲杠上套裝有絲母，絲母固裝在主動滑臺的立板上；所述音圈電機安裝在主動滑臺的立板上，在所述從動滑臺上安裝有壓力傳感器，壓力傳感器通過支架立板設置在從動滑臺上，在壓力傳感器與音圈電機推桿之間連接有用于傳遞力的彈簧；所述受電弓滑板通過導電螺栓固定安裝在主動滑臺的立板上，在導電螺栓上連接有導電線。

在所述受電弓滑板與主動滑臺的立板之間、導電螺栓與主動滑臺的立板之間均設置有絕緣層。

采用所述的實驗用弓網動態壓力精確加載裝置的控制方法，包括如下步驟：

步驟一：啟動驅動電機，通過驅動電機帶動絲杠轉動，并通過絲杠依次帶動絲母、主動滑臺、音圈電機、彈簧、壓力傳感器、從動滑臺及受電弓滑板移動，直至受電弓滑板與接觸網導線實現零壓力接觸；

步驟二：建立以音圈電機的電壓為輸入、受電弓滑板與接觸網導線之間壓力為輸出的動態模型，并以所建立的動態模型為被控對象；

步驟三：在模型不確定性及外界干擾條件下，利用自適應滑模變結構控制算法跟蹤動態壓力。

步驟二中的動態模型是根據音圈電機回路模型方程及被控對象動力學方程建立的，而被控對象動力學方程是根據牛頓第二定律建立的；

所述的音圈電機回路模型方程為：

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