[發明專利]高速列車車輪空轉狀態下牽引電機的同步控制方法

有效

• 申請號: 201910405570.1
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110104001B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 徐凱;夏秋
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: B61C17/12
• 分類號: B61C17/12;B60L15/20;B60L15/38
• 代理公司: 重慶乾乙律師事務所 50235
• 代理人: 侯懋琪;李劍鋒

1.一種高速列車車輪空轉狀態下牽引電機的同步控制方法，其特征在于：包括中央處理模塊(1)和多個牽引控制模塊(2)；所述中央處理模塊(1)包括：中央通信模塊(11)、速度給定模塊(12)、速度處理模塊(13)、空轉電機速度處理模塊(14)、相鄰交叉耦合模塊(15)、同步誤差控制模塊(16)和空轉電機控制量調整模塊(17)；所述牽引控制模塊(2)包括：牽引通信模塊(21)、比較模塊(22)、誤差跟蹤控制器(23)、控制信號疊加模塊(24)、電機驅動裝置(25)、牽引電機(26)和速度檢測模塊(27)；所述同步誤差控制模塊(16)包括2個空轉電機同步誤差控制器和多個常態電機同步誤差控制器組，所述多個常態電機同步誤差控制器組與多個牽引電機(26)一一對應，單個常態電機同步誤差控制器組包括2個常態電機同步誤差控制器；

所述速度給定模塊(12)分別與中央通信模塊(11)和速度處理模塊(13)二者連接，速度處理模塊(13)與中央通信模塊(11)連接，空轉電機速度處理模塊(14)與速度處理模塊(13)連接，相鄰交叉耦合模塊(15)分別與速度處理模塊(13)和空轉電機速度處理模塊(14)二者連接，同步誤差控制模塊(16)與相鄰交叉耦合模塊(15)連接，空轉電機控制量調整模塊(17)分別與同步誤差控制模塊(16)、空轉電機速度處理模塊(14)和速度處理模塊(13)三者連接，空轉電機控制量調整模塊(17)和同步誤差控制模塊(16)二者均與中央通信模塊(11)連接；

所述速度檢測模塊(27)與牽引電機(26)連接，牽引電機(26)與電機驅動裝置(25)連接，電機驅動裝置(25)與控制信號疊加模塊(24)連接，控制信號疊加模塊(24)分別與誤差跟蹤控制器(23)和牽引通信模塊(21)二者連接，誤差跟蹤控制器(23)與比較模塊(22)連接，比較模塊(22)分別與速度檢測模塊(27)和牽引通信模塊(21)二者連接，牽引通信模塊(21)與速度檢測模塊(27)連接；

每個牽引控制模塊(2)的牽引通信模塊(21)均與所述中央通信模塊(11)連接；

所述同步控制方法包括：

設高速列車共有n個牽引電機，當高速列車需要提速時，

一)列車駕駛員通過速度給定模塊(12)輸入目標速度參數，所述目標速度參數包括目標速度ω^*、目標加速度a^*和速度允許偏差值ω_允；速度給定模塊(12)將目標速度ω^*信號傳輸給中央通信模塊(11)，速度給定模塊(12)將目標速度參數信號傳輸給速度處理模塊(13)；

二)中央通信模塊(11)將目標速度ω^*信號發送給各個牽引控制模塊(2)的牽引通信模塊(21)；各個牽引通信模塊(21)將收到目標速度ω^*信號傳輸給對應的比較模塊(22)；

三)各個牽引控制模塊(2)的速度檢測模塊(27)獲取對應的牽引電機(26)的當前速度參數，所述當前速度參數包括當前速度ω和當前加速度a；各個速度檢測模塊(27)均將獲取的當前速度參數信號傳輸給對應的牽引通信模塊(21)，各個牽引通信模塊(21)均將各自收到的當前速度參數信號發送給中央通信模塊(11)；同時，各個速度檢測模塊(27)均將各自獲取的當前速度ω信號傳輸給對應的比較模塊(22)；

四)中央通信模塊(11)將收到各個牽引電機(26)的當前速度參數信號傳輸給速度處理模塊(13)，速度處理模塊(13)將各個牽引電機(26)的當前速度ω逐一與目標速度ω^*進行比較得到各個牽引電機(26)的速度偏差值；所述速度偏差值為牽引電機(26)的當前速度ω與目標速度ω^*差值的絕對值，ω_允為設定的正值；當任意一個牽引電機(26)的速度偏差值大于速度允許偏差值ω_允則進入步驟五)；當每個牽引電機(26)的速度偏差值均小于速度允許偏差值ω_允，則調速進程終止；

五)中央處理模塊(1)按方法一獲取各個牽引電機(26)當次的同步控制量，然后中央處理模塊(1)將各個牽引電機(26)當次的同步控制量信號分別發送給對應的牽引控制模塊(2)；

六)各個牽引控制模塊(2)收到所述當次的同步控制量信號后均按方法二調整并驅動所轄牽引電機(26)的轉速；返回步驟三)；

所述方法一包括：

1)速度處理模塊(13)將各個牽引電機(26)的當前加速度a逐一與目標加速度a^*進行比較，將當前加速度a小于或等于目標加速度a^*的牽引電機(26)記為常態電機，將當前加速度a大于目標加速度a^*的牽引電機(26)記為空轉電機，設常態電機有i個，其中i＜n，則空轉電機有n-i個；設ω_j為任意一個常態電機的當前速度，其中j的取值范圍為1至i，速度處理模塊(13)將i個常態電機的當前速度信號均傳輸給相鄰交叉耦合模塊(15)；設ω_p為任意個一空轉電機的當前速度信號，其中p的取值范圍為i+1至n，速度處理模塊(13)將n-i個空轉電機的當前速度信號均傳輸給空轉電機速度處理模塊(14)，速度處理模塊(13)將n-i個空轉電機的當前速度信號均傳輸給空轉電機控制量調整模塊(17)；

2)空轉電機速度處理模塊(14)對收到的n-i個空轉電機的當前速度求平均值，得到空轉電機當前平均速度ω_平，空轉電機速度處理模塊(14)將空轉電機當前平均速度ω_平信號分別傳輸給相鄰交叉耦合模塊(15)和空轉電機控制量調整模塊(17)；

3)相鄰交叉耦合模塊(15)對收到的空轉電機當前平均速度ω_平信號和i個常態電機的當前速度信號按以下方式進行處理，得到空轉電機的平均同步誤差ε_平和i個常態電機的同步誤差ε：

相鄰交叉耦合模塊(15)將收到的i個常態電機的當前速度信號按牽引電機所處列車的前后順序由小到大進行排序，將空轉電機當前平均速度ω_平信號排在序號最大的常態電機當前速度信號之后及序號最小的常態電機當前速度信號之前；所述空轉電機的平均同步誤差ε_平包括前平均同步誤差ε_平前和后平均同步誤差ε_平后兩個平均同步誤差分量；設ε_j為任意一個常態電機的同步誤差，則ε_j包括前同步誤差ε_j前和后同步誤差ε_j后兩個同步誤差分量，其中j的取值范圍為1至i；根據公式一至公式四分別獲取ε_平前、ε_平后、ε_j前和ε_j后；

所述公式一為：

ε_平前＝ω_平-ω_i

所述公式二為：

ε_平后＝ω_平-ω₁

所述公式三為：

ε_j前＝ω_j-ω_j-1

其中，當j為1時，ω_j-1的取值等于ω_平；

所述公式四為：

ε_j后＝ω_j-ω_j+1

其中，當j為i時，ω_j+1的取值等于ω_平；

相鄰交叉耦合模塊(15)將空轉電機的平均同步誤差ε_平信號和i個常態電機的同步誤差ε_j信號傳輸給同步誤差控制模塊(16)；

4)同步誤差控制模塊(16)控制2個空轉電機同步誤差控制器對收到的空轉電機的平均同步誤差ε_平信號進行處理得到空轉電機的平均同步控制量u_平；同步誤差控制模塊(16)控制i個常態電機同步誤差控制器組對收到的i個常態電機的同步誤差ε_j信號進行處理得到i個常態電機的同步控制量u_j；其中2個空轉電機同步誤差控制器與所述2個平均同步誤差分量信號一一對應，i個常態電機同步誤差控制器組與i個常態電機的同步誤差ε_j信號一一對應，單個常態電機同步誤差控制器組的2個常態電機同步誤差控制器與單個常態電機的同步誤差的2個同步誤差分量一一對應；

所述空轉電機的平均同步控制量u_平包括前平均同步控制量u_平前和后平均同步控制量u_平后兩個平均同步控制分量；所述常態電機的同步控制量u_j包括前同步控制量u_j前和后同步控制量u_j后兩個同步控制分量；前平均同步誤差ε_平前通過空轉電機同步誤差控制器處理得到前平均同步控制量u_平前；后平均同步誤差ε_平后通過空轉電機同步誤差控制器處理得到后平均同步控制量u_平后；前同步誤差ε_j前通過常態電機同步誤差控制器處理得到前同步控制量u_j前；后同步誤差ε_j后通過常態電機同步誤差控制器處理得到后同步控制量u_j后；

同步誤差控制模塊(16)將i個常態電機的同步控制量u_j信號傳輸給中央通信模塊(11)，同步誤差控制模塊(16)將空轉電機的平均同步控制量u_平信號傳輸給空轉電機控制量調整模塊(17)；

5)空轉電機控制量調整模塊(17)對收到的空轉電機的平均同步控制量u_平信號、空轉電機當前平均速度ω_平信號和n-i個空轉電機的當前速度信號ω_p進行處理得到n-i個空轉電機的同步控制量u_p，所述u_p為任意一個空轉電機的同步控制量，其中p的取值范圍為i+1至n；所述u_p包括空轉電機前同步控制量u_p前和空轉電機后同步控制量u_p后兩個空轉電機同步控制分量；所述u_p前和u_p后分別根據公式五和公式六獲取；

所述公式五為：

u_p前＝u_平前×k_p

其中k_p為調整系數，k_p根據公式七獲取；

所述公式六為：

u_p后＝u_平后×k_p

所述公式七為：

空轉電機控制量調整模塊(17)將n-i個空轉電機的同步控制量u_p信號傳輸給中央通信模塊(11)；

6)中央通信模塊(11)將當次收到的n個牽引電機的同步控制量信號分別發送給對應的牽引控制模塊(2)的牽引通信模塊(21)；

所述方法二包括：

單個牽引控制模塊(2)按以下方式調整并驅動所轄牽引電機(26)的轉速：

A)牽引通信模塊(21)將當次收到的同步控制量信號傳輸給控制信號疊加模塊(24)；

B)比較模塊(22)根據公式八對收到的目標速度ω^*和當前速度ω進行處理得到基本速度誤差ε_基，比較模塊(22)將基本速度誤差信號傳輸給誤差跟蹤控制器(23)；

所述公式八為：

ε_基＝ω^*-ω

C)誤差跟蹤控制器(23)對基本速度誤差信號進行處理得到的基本控制量u_基，誤差跟蹤控制器(23)將基本控制量信號傳輸給控制信號疊加模塊(24)；

D)控制信號疊加模塊(24)對當次收到的所述基本控制量信號和所述同步控制量信號進行疊加處理得到綜合同步控制量，控制信號疊加模塊(24)將所述綜合同步控制量信號傳輸給電機驅動裝置(25)；

E)電機驅動裝置(25)根據當次收到的綜合同步控制量信號調整并驅動所轄牽引電機(26)的轉速。