[發明專利]一種帶磨耗補償的自動對中控制方法

有效

• 申請號: 201810361324.6
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108548870B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 王文星;李紅梁;譚勇;夏浪;高彪;黃夢瑩
• 申請（專利權）人: 株洲時代電子技術有限公司
• 主分類號: G01N29/265
• 分類號: G01N29/265
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發明公開了一種帶磨耗補償的自動對中控制方法，包括以下步驟：S10)獲取鋼軌的軌廓數據，以及探輪的實際位置；S20)根據鋼軌的軌廓數據計算鋼軌的軌頭磨耗量，通過該磨耗量計算磨耗補償量，并根據磨耗補償量至少分三檔對對中基準值進行補償；S30)根據經過補償的對中基準值，以及探輪的實際位置進行PID控制，并輸出控制值；S40)根據輸出的控制值生成用于控制探輪動作的驅動控制信號。本發明能夠解決在軌頭磨耗嚴重的鋼軌上，對中系統控制偏差正常的情況下，仍然嚴重失波的技術問題。

技術領域

本發明涉及鐵路工程領域，尤其是涉及一種應用于鋼軌探傷車探輪自動對中控制的帶磨耗補償的自動對中控制方法。

背景技術

目前，國內在80km/h鋼軌探傷車上正式使用的自動對中系統都進口自美國Sperry公司，造價昂貴，備品備件也價格高昂，其中對中控制算法是核心技術不進行轉讓，可供查詢的針對國內線路鋼軌狀態的對中控制算法文獻資料寥寥無幾。超聲波鋼軌探傷是目前世界公認的早期發現鋼軌內部傷損，降低斷軌風險，提高列車運行安全性的最有效、最重要的手段之一。探輪自動對中控制是鋼軌探傷車的關鍵核心技術，如何控制探輪位置使超聲波有效入射鋼軌將直接影響探傷檢測質量和效果。探輪自動對中控制的目的就是確保探輪處于鋼軌中心一定偏差范圍內，使探輪與鋼軌踏面的結合處利于各通道超聲波入射，特別是底波反射，是衡量對中控制效果的主要指標。

根據研究表明，超聲波探輪與鋼軌中心偏差大于4mm時，底波的回波衰減超過50％，系統會判定處于對中不良狀態。目前，常見的對中控制方法是根據探輪位置偏差，計算出伺服控制系統的控制量，再由執行機構驅動探輪在鋼軌上橫向移動，減小與中心位置的偏差。在高鐵線上這個偏差可以控制到小于1mm，既有線上小于2.5mm。但經過長期試驗，發現在軌頭有磨耗的鋼軌上，即使探輪與中心位置的偏差控制在合理范圍內，仍然會出現底波丟失，且失波程度和磨耗的值呈正相關。在這種情況下，操作者只能通過手動操作來調整探輪位置減少失波，這樣做雖然暫時解決問題，但同時也人為改變了對中控制的基準，降低了后續控制的精度。

如附圖1所示，為超聲波鋼軌探傷原理示意圖，(超聲波)探輪1里布置有各種角度的超聲(波)晶片2，負責從不同區域和不同角度對鋼軌3的傷損進行掃查，只有使它們處于合適的位置，即探1輪處于鋼軌3的踏面中心，才能保證探傷檢測的有效性。如何判斷探輪1是否處于鋼軌3的中心，目前的主要判斷依據是0°晶片21的超聲波回波強度。

如附圖2所示，當探輪1處于鋼軌3的中心時，0°晶片21發射的超聲波聲束(如附圖2中A所示)主要能量部分能通過鋼軌3的軌腰到達軌底并形成強反射而再次被0°晶片21接收。經實踐研究表明，當(超聲波)探輪1與鋼軌3的中心偏差大于4mm時，軌底的回波衰減會超過50％，系統會判定處于對中不良狀態，此時需要通過自動對中系統來糾正偏差。

自動對中系統的基本原理框如附圖3所示，自動對中系統包括：探輪1、PID控制單元4、對中控制單元5、電缸6和對中傳感器7。對中傳感器7將探輪1的實際位置輸入至PID控制單元4，與設定的對中基準進行比較，通過對中控制算法生成控制量給對中控制單元5來驅動電缸6，帶動探輪1移動，減小與對中基準的偏差。圖中，n_k是探輪1的實際位置；n₀是設定的對中基準，e_k是探輪1的位置偏差，e_k＝n_k-n₀，E_k是依據對中控制算法輸出的控制量，常見的控制算法有：

(1)直接控制，E_k＝e_k；

(2)PID控制，E_k＝Ae_k-Be_k-1+Ce_k-2，其中e_k為第k次位置偏差，e_k-1為第k-1次位置偏差，e_k-2為第k-2次位置偏差，A、B、C為PID參數，如附圖3所示即采用此種控制方式。