[發明專利]一種氣囊型受電弓弓網接觸力補償控制方法及裝置

有效

• 申請號: 202110962658.0
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113568357B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 張輝;李倬云;祁智
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;B60L5/28
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種氣囊型受電弓弓網接觸力補償控制裝置，包括微控制單元MCU，其特征在于，所述微控制單元包括STM32系列的單片機和閥板控制器；所述單片機包括主程序模塊、串口通訊程序模塊、預瞄程序模塊和控制壓力處理程序模塊；

主程序模塊用于協調各模塊的運行，從外界獲取當前列車速度和隧道阻塞比，并輸出給預瞄程序模塊；預瞄程序模塊根據當前列車速度和隧道阻塞比計算弓網接觸補償力，并將計算出的弓網接觸補償力反饋給主程序模塊；主程序模塊將從預瞄程序模塊獲取的弓網接觸補償力發送給控制壓力處理程序模塊；控制壓力處理程序模塊根據獲取的弓網接觸補償力，計算所需的氣囊補償壓力，將計算的氣囊補償壓力與弓網目標壓力相加獲得當前氣囊壓力，將當前氣囊壓力返回給主程序模塊；主程序模塊將從控制壓力處理程序模塊獲取的當前氣囊壓力轉換為比例閥開度的控制信號，并輸出給比例閥，進而控制氣囊氣壓，實現對受電弓弓網接觸力的自動補償控制；串口通訊程序模塊用于實現單片機與上位機之間的通信；

所述預瞄程序模塊中計算弓網接觸補償力F的公式，通過計算流體動力學仿真獲得：

F＝-513.7-6.724v+9804zs+0.01986v²+51.01v·zs-44630zs²

其中，v代表當前列車速度，zs代表隧道阻塞比；

所述閥板控制器根據主程序模塊發出的控制信號，控制比例閥的開度，以及控制開關閥的開關；所述開關閥用于控制受電弓氣路的通斷。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括：列車信息綜合檢測模塊，遠程控制信息模塊，上位機監控調試模塊，壓差傳感器，壓力傳感器，比例閥和開關閥；其中，列車信息綜合檢測模塊將實時檢測的列車速度通過遠程控制信息模塊傳輸給MCU；上位機監控調試模塊通過MCU獲取開關閥的壓力值，當檢測到開關閥的壓力值超過設定閾值時，代表對弓網接觸力自動補償控制出現較大誤差，下發重新計算氣囊補償壓力的控制命令給MCU，并根據前后兩次計算的氣囊補償壓力的誤差判斷是否是氣囊補償壓力計算錯誤，若是，MCU根據新計算的氣囊補償壓力下發控制信號給比例閥；若不是，調整當前需要的氣囊壓力為氣囊能承受的閾值，MCU根據該值下發控制信號給比例閥；壓差傳感器用于檢測列車車體表面的風壓，并將風壓進行模數A/D轉換后傳輸到MCU；壓力傳感器用于檢測氣囊氣壓，并將氣囊氣壓通過A/D轉換后傳輸給MCU；MCU所獲取的比例閥開度的控制信號通過數模D/A轉換后傳輸給比例閥。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的上位機監控調試模塊，還根據測量的開關閥壓力，下發開關閥的通斷的控制指令給MCU，由閥板控制器控制開關閥的開關。

4.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述單片機還包括定時模塊、數模D/A轉換器、模數A/D轉換器、數模轉換程序模塊、以及模數轉換程序模塊；所述數模轉換程序模塊存儲D/A轉換器的驅動程序，發送控制命令給D/A轉換器；所述模數轉換程序模塊存儲A/D轉換器的驅動程序，將轉換后的數字信號傳輸給主程序模塊。

5.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述的預瞄程序模塊，還存儲有根據計算流體動力學仿真獲得的在不同車速、不同隧道阻塞比下的車體表面的風壓信息，當微控制單元在無法獲取隧道阻塞比和/或列車速度時，通過壓差傳感器測量列車車體表面的風壓，并與預瞄程序模塊中存儲的不同車速、不同隧道阻塞比下的車體表面的風壓信息進行比對，找出最接近的工況作為當前工況，進而根據該工況獲取弓網接觸補償力。