[發明專利]一種重載機車滑模極值搜索最優粘著控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710793279.7
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107395081B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 趙凱輝;李燕飛;張昌凡;何靜;李祥飛;李鵬;殷童歡
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/20;B61C15/08
• 代理公司: 暫無信息
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本發明公開了一種重載機車滑模極值搜索最優粘著控制系統及方法，可實現重載機車粘著控制。其中所述重載機車粘著控制模塊，包括：超螺旋滑模控制器、微分跟蹤器、負載轉矩和粘著系數觀測器、滑模極值搜索單元可實現重載機車牽引電機轉矩的動態閉環控制。在重載機車電機模型矢量控制基礎上，結合滑模極值搜索方法，設計粘著系數觀測器，實時估測出輪軌粘著系數，使機車在外界復雜環境下運行于最佳粘著點附近，有效發揮了牽引電機功率，實現了重載機車的最優粘著控制，可廣泛應用于重載機車最優粘控制的場合。

技術領域

本發明提供了一種重載機車粘著控制系統及方法，尤其涉及了一種重載機車滑模極值搜索最優粘著控制方法。

背景技術

隨著我國貨運運輸量的不斷增加，重載鐵路運輸發揮著越來越重要的作用。重載鐵路運輸相對客運列車相比，要求重載機車能夠提供更大的牽引力和制動力，機車牽引力和制動力是靠機車輪對和鋼軌間接觸面之間的粘著力實現的。若外界環境突變，會導致粘著利用率下降，可能會發生粘著異常，機車牽引力便會大于粘著力，機車發生空轉，導致粘力不能充分利用，危害到機車運行。

滑模極值搜索控制是一種在線不斷尋優方法，在不知道性能函數和搜索變量條件下，仍能使系統輸出最大值。運用滑模極值搜索算法，對蠕滑速度實時尋優，控制輪軌間的粘著力獲得最優值，克服重載機車在運行過程中粘著利用率偏低的實際問題，實時對重載機車轉矩進行控制，實現了機車的最優粘著利用，提高了機車的牽引轉矩性能。

發明內容

本發明提供了一種重載機車粘著控制系統及方法，結合滑模極值搜索算法，解決重載機車最優粘著控制問題。

本發明提供了一種重載機車滑模極值搜索最優粘著控制系統及方法，所述方法包括：

步驟1，設計超螺旋滑模控制器，輸出控制轉矩T_m；

式中，J_m為電機轉動慣量，R_g為輪傳動比，J為輪對轉動慣量，F_μ為牽引電機產生的牽引力，M為重載機車整車重量，F_d為運行阻力，為最佳蠕滑速度微分，γ₁、γ₂為控制器待設計參數，σ為設計滑模面；

步驟2，由輸出控制轉矩T_m、負載轉矩和粘著觀測器計算的反饋轉矩信號做差輸入到轉矩控制器；

步驟3，坐標變換單元根據信號采集單元的輸出信號u_ab、u_bc、i_ab、i_bc輸出dq軸電流i_d、i_q；

步驟4，負載轉矩和粘著系數觀測器根據dq軸電流i_d、i_q，輪對速度v_d，計算輸出轉矩反饋信號形成了轉矩的動態閉環控制；

步驟5，滑模極值搜索單元根據粘著系數觀測值輪對速度v_d、車體速度v_t，輸出機車最佳蠕滑速度

步驟6，微分跟蹤器根據最佳蠕滑速度計算輸出最佳蠕滑速度微分值

步驟7，根據控制器輸出dq電壓信號u_α、u_β，產生三相占空比可調的SVPWM調制波，SVPWM輸出信號作為三相橋式逆變電路的開關通斷控制信號。

進一步的，步驟4的具體過程為：

步驟4.1，設計全維狀態觀測器，滿足：

計算可得其中，ω_m為電機角速度，W重載機車軸重，g為重力加速度；