牵引控制策略 篇1
动车组的牵引系统是轨道车辆的重要系统之一,其控制效果的好坏直接决定了动车组的运行速度和运行安全,是维护车辆正常运营秩序的基础。目前国际上主流动车组均采用交直交型牵引系统,采用才类型牵引系统的动车组在投入运营后会发生接触网网压振荡导致列车牵引力丢失的故障,将导致车辆晚点、无法发车等事故,对车辆运行秩序造成严重的影响,本文旨在利用理论分析和试验测试结合的方法,对其内在原因进行剖析,并提出整改方案,对轨道车辆的牵引控制策略进行优化。
1 动车组高压和牵引系统组成
动车组的高压和牵引系统一般由受电弓、主断路器、牵引变压器、牵引变流器和牵引电机构成,系统框图如图1。
牵引变流器一般由以下设备组成:四象限整流、中间直流环节和PWM逆变器等三部分组成,如图2。
其中,四象限整流环节的作用是将工频交流电源整流成直流电,同时能实现能量的双向流通;PWM逆变器的作用是将直流电逆变成牵引电机所需的电压和频率都可调的交流电,它与辅助逆变器都从中间直流环节获得能量。由以上设备组成的牵引系统通常称之为交直交传动系统。
2 牵引控制系统的数学模型
根据图1和图2所示,牵引系统的等效电路图如图3。
图3中,V3是牵引变电所大系统折算到动车组变压器副边的电压值,是理想电压源,ZS是牵引变电所大系统到机车接入端口折算到变压器副边的阻抗,与系统短路容量等有关;Vin是变压器原边折算到副边的电压值,Zin是变压器折算到变压副边的阻抗;Vac是四象限整流环节输入端电压,idc是牵引电机逆变器直流侧的等效电流值,四象限整流环节的数学模型可以表示为:
通过以上分析,可以得到以下结论:
(1)在动车组的牵引控制策略中(牵引变流器中的四象限环节的控制模型)中包括了牵引供电系统的参数(阻抗等),因此牵引供电系统的参数能影响动车组的牵引控制效果,直接表现为中间直流环节电压的变压以及网压和网流的变化;
(2)在同一供电臂内的动车组数量同样为四象限整流环节的数学模型内的变量之一,因此动车组的数量也能影响动车组的牵引控制效果,直接变现为不同数量动车组升弓区电时的控制效果。
当动车组在特定接触网条件和足够多的动车组数目时(在同一供电臂内取电),因接触网对动车组牵引控制策略中的四象限环节的影响,将导致牵引效果的破坏,严重时导致列车牵引力丢失以及接触网网压快速波动。
3 故障模拟与再现
为了证实上述结论的正确,有关科研单位组织了故障模拟试验,参加车辆为CRH型动车组,动车组上的主要测量为中间直流环节电压、接触网网压、接触网网流、电机电压和电流等。图5、图6、图7为试验过程中的典型波形。
从图5~图7中,可以得到以下结论:
(1)当在同一供电臂内同时升弓取电的动车组数目增多时,动车组的牵引系统有关参数不断变化,直至系统失去稳定状态,中间直流环节电压振荡,同时网压和网流也发上振荡,频率在4Hz左右;
(2)在牵引系统失去稳定性后,列车的牵引力丢失,无法运行;
(3)在列车发生网压振荡时,网压和网流的相位交错变化,在同相位时两者达到最大值,在反相位时两者达到最小值。
4 牵引控制策略的优化
通过以上章节的分析和试验,可以看到如果动车组牵引控制策略中未考虑接触网参数与四象限整流环节的耦合关系,在特定条件下一定数量的动车组在同一供电臂内升弓取电将造成动车组的牵引变流器封锁导致牵引力丢失,进而导致列车的晚点。因此,在动车组的牵引控制策略中必须考虑接触网和动车组控制参数之间的耦合关系,处理此问题的方法为在四象限整流算法中增加相位补偿器,并改善滤波器的设计,使得系统在输入侧参数在较大的变化范围内都能进入稳定区域。在第三节的故障再现试验后,动车组牵引系统供应商针对以上问题对控制策略进行了优化,经过试验证明优化后的控制策略能够彻底抑制接触网参数对牵引控制算法的影响,确保动车组的正常运行。
5 结束语
通过理论分析与工程试验结合的方法,将接触网参数对动车组牵引控制策略中四象限整流环节的影响进行了分析和验证,并给出了优化方案,通过该案例,能给予我们以下几点启示:
(1)动车组系统是一个复杂的系统工作,在对车辆方案进行设计时要统筹兼顾与其相关的外在系统,特别是接触网、变电所等。
(2)加强对动车组牵引系统控制算法的研究(交-直-交传动),尽快掌握牵引控制算法在工程上的实现过程,加强对相关软件的的了解和修改能力。
参考文献
[1]郑琼林.交流传动电力机车谐振原因分析与对策[J].变频器世界,2009年第5期.
牵引控制策略 篇2
关键词：颈椎治疗仪,颈椎牵引治疗,USB通讯,传感器
0 前言
现代社会随着工作、生活节奏的变快,颈椎病越来越多,成为一种常见病。牵引疗法是治疗颈椎病的常用而有效的方法之一。它通过外力牵拉脊柱颈段及相关组织结构,使颈椎间隙增大,调节颈椎椎间孔大小,缓解由损伤、退变或椎间盘突出造成的神经根刺激或压迫性疼痛。间歇牵引还可改善血流循环,松解肌纤维粘连,刺激关节和肌肉感觉神经,起到按摩、镇痛的作用[1]。而且目前,医疗电子设备开始呈现便携性的发展趋势,针对便携化的发展趋势,则要求电子设备必须具备小体积、低功耗、低价格和易于使用的特点[2]。国内市场上的牵引装置,常限于手动操作,施加持续力,疗效差[3]。而进口智能化牵引仪功能单一、体积大、且价格昂贵,不利于广大颈椎病患者在家进行日常而有效的治疗。
本文介绍了一种基于TMS320F2812数字信号处理器(DSP)的智能化颈椎病牵引控制系统设计。它集显示、力反馈控制、通讯等功能于一体;可选用多种牵引工作模式,设置牵引力大小、牵引时间、间歇时间、治疗时间等程序化参数;它还配有程序扩展空间与接口电路,以扩充其它物理治疗功能。本系统体积小、重量轻,适用于便携、家用等多功能颈椎病治疗仪的智能化控制。
1 颈椎牵引控制系统的结构与工作原理
颈椎牵引控制系统的结构如图1所示。当系统按照所设定的工作模式运行时,步进电机转动产生牵引力的变化,牵引装置中的力传感器通过A/D转换器将牵引力大小实时反馈给微处理器,微处理器将其与程序预设置的牵引力参数相比,以得到步进电机的控制参数,从而调节当前施加牵引力的量值等参数。同时,LCD液晶显示器和发光二极管实时、动态显示所施加的参数及系统状态。遇到异常情况,系统自动报警,并立即停止治疗。牵引结束,仪器根据预设置程序,自动进入理疗程序,以放松病人颈肩部肌肉,减轻病人患处的疼痛,增强牵引治疗的疗效。系统配有USB通讯接口,可与电脑通讯,以便医生根据患者治疗情况,通过计算机将康复处方及疗程控制参数定期写入牵引控制系统,从而确保牵引康复治疗的有效性和安全性。计算机亦可对治疗仪器进行控制操作。
1.1 微机控制单元
微机控制系统采用了美国TI公司的TMS320F2812数字信号处理器,为32位定点DSP控制器。其频率高达150M,大大提高了控制系统的控制精度和芯片处理能力,是电机等数字化产品升级的最佳选择[4]。I/O口供电电压为3.3V,可降低系统的功耗。它本身带有128K闪存,可用于开发及对现场软件进行升级时的简单再编程。该器件还包括12位的A/D转换器,吞吐量每秒可达16.7MB的采样,完全能达到本文的设计要求,不需要再单独购买A/D转换器,既省钱又可减小系统的体积。片上带有两个事件管理器,是数字电机控制应用使用的非常重要的外设[5]。所以采用TMS320F2812作为微处理器,非常适合便携性、低功耗、低价格和高性能的要求。
1.2 电机驱动和力反馈信息采集单元
电机采用Kinco型步进电机。它的步进角为1.8°,额定电流1A,保持转矩为9kg.cm。电机驱动器采用Motek细分型步进驱动器2M412。它的工作电压为12～36V,输出电流可调,最大驱动电流为1.2A。该驱动器具有高功率、性能稳定、体积小、价格低廉等特点。它可提高步进电机的转速精度、降低其振动和噪音。CPU通过时间管理器产生PWM波为2M412提供步进控制脉冲信号。步进控制脉冲信号要求具有10mA左右的驱动能力,脉冲控制信号宽度应大于10μs,占空比保持在10%～90%之间,以免引入干扰。
力反馈信息采集由S型传感器和TMS320F2812内部的A/D转换器来实现。S型传感器具有体积小、重量轻且价格低廉等特点,是理想的测绳拉力传感器。
1.3 实时显示部分和人机接口单元
实时显示与人机接口主要由LCM168651液晶块实现。128×64点阵,接口模式采用直接访问方式。由于TMS320F2812的I/O口供电电压为3.3V,而液晶模块的电源电压为5V,所以中间需加上电平转换电路进行电平转换,本系统采用LVC16245作为电平转换芯片[6]。人机接口部分的键盘采用独立式键盘工作方式,键盘信号的读取通过74HC573由CPU的通用I/O口完成。
1.4 计算机-系统USB通讯模块
在系统(下位机)与PC机的连接上,引入USB传输技术,提高终端设备同PC机之间的数据传输效率,简化操作。其电路原理图如图2所示。
图2中PDIUSBD12的第28引脚UC/D是输入引脚,它由TMS320F2812的一个引脚来控制。在正常工作时,当28引脚状态为逻辑1(高电平),PDIUSBD12认为在引脚D0～D7上接收到的为其内部的命令信息,如果命令能够识别,则执行它,否则不作响应。当28引脚状态为逻辑0(低电平),PDIUSBD12在D0～D7上接收或者向TMS320F2812发送其在USB总线上解包出来的数据。第21引脚通过一个发光二极管串联一个330Ω电阻接到电源VCC上,可以用灯的闪烁来直观地显示USB总线的连接和传输数据的的情况,这对于调试有很大的帮助。第19引脚EOT_N仅在DMA模式下用来指示数据的传输结束,在本系统当中没有使用该传输模式,所以在此置成了无效的高电平状态。芯片的电源附近接的电解电容起到滤波、稳定电源的作用。
1.5 物理治疗功能扩展接口及实时保护电路
理疗功能扩展接口主要包括数模转换DAC7643和功率放大器17358。它为软件设计了物理治疗方式,如:中频电治疗等,提供适当输出功率与接口。
系统采用TMS320F2812内部的看门狗电路作实时保护电路。当系统在设置时间内无信号输入时,看门狗定时器会启动复位脚,使CPU复位。另外,系统使用一个蜂鸣器,如果病人在使用过程中出现异常(牵引力过大,理疗电流过大等),蜂鸣器亦会自动报警,同时中断系统工作。
2 软件设计
仪器软件部分采用模块化结构,使用C语言对DSP进行编程,从而实现对步进电机和理疗部分的控制。
控制系统主程序和键盘中断程序流程图如图3所示。主程序初始化(定义常量、变量及LCD初始。EEPROM初始化、AD7705初始化、RAM初始化等。)结束后,系统开外部中断XINT1,可处理键盘外部中断,它的中断优先级最高。然后进入主循环,调用LCD显示程序和键盘处理子程序。键盘处理程序根据变量KEYCODE的值调用相应的功能函数。
当有键按下时,进入中断处理子程序,查询键值,如果为牵引键或理疗键,赋给KEYCODE,退出中断;如果数字键、中频键、STOP键、PLAY键、PAUSE等键调用相应的程序,改变对应的变量,如数值大小、STOP_F状态等后,退出中断。
在病人作完牵引后,主程序可根据LCD显示菜单中设定的理疗参数,自动进入理疗程序,之后判断有无PLAY键按下,决定波形是否输出,并根据菜单输入的时间参数启动定时器,中间如有异常,系统自动报警并停止工作。
3 结论
本牵引控制系统设计采用了自动控制、微电子技术和计算机软件技术。它具有自适应反馈控制功能,以解决动态牵引过程中的恒定拉力控制问题。系统提供多样性牵引康复处方设置功能,以满足具有不同个体特征的颈椎病患者选用不同牵引康复处方的需求。系统具有牵引过度保护及报警功能,以便患者在因牵引重量偏大,增加过快过大引起被治疗者颞颌部感到不适时,及时采取应激措施,中止治疗,以避免造成患者颞颌部关节痛、牙痛、头痛和肌肉、韧带、关节囊等软组织的损伤。
系统还配有程序扩展空间与接口电路,以扩充其它物理治疗功能。这种集牵引、理疗一体的程序化操作不仅方便用户,更重要的是,它可大大提高牵引治疗的效果。系统配有与计算机的USB通讯接口,以便医生输入、更新康复治疗处方,从而确保病人安全、可靠地在家中或旅馆中使用。
参考文献
[1]赵定麟.现代颈椎病学[M].北京:人民军医出版社,2001.
[2]蔡建新,等.生物医学电子学[M].北京:北京大学出版社,1997.
[3]陆银春,等.间歇式、加热型颈椎治疗仪及应用[J].中国医疗设备,2008,23(1):108-109.
[4]苏奎峰,吕强,耿庆锋,等.TMS320F2812原理与开发[M].北京:电子工业出版社,2005.
[5]邹彦,唐东,宁志刚,等.DSP原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2005.
浅谈牵引式读写训练策略 篇3
【关 键 词】 读写训练；牵引式；教学；小学
《新华字典》《现代汉语词典》对“牵”的解释是“拉，引领向前”。“引”有“拉，伸”“领，招来”的意思。小学语文牵引式读写训练指以学生生活和习作学情为起点，教师在阅读教学中，通过科学的教学行为对学生施加积极影响，发挥引领、引导的主导作用，促进学生由“学文”到“练能”，由“体验”到“表达”的转化。
一、小学语文教学现状分析
小学生习作中不但存在不知道“写什么”“怎么写”的问题，而且习作无真情实感问题较为严重。这些问题表面上看是学生的问题，实际上是教师教学方式的问题。
教师习作教学中，重阅读，轻技法；重课外阅读，严重忽略教材这一范例。读书破万卷，下笔如有神！语言积累对习作的重要性早已成了语文教师的共识。在“重阅读，轻技法”的观念影响下，无数语文教育工作者投入到大阅读实践探究的时代潮流中，这种舍近求远的重课外阅读，轻国家教材的灵活教学方式被充分利用，忽略了语文课文这一优秀范例，忽略在阅读教学中进行学生“说、写”能力的训练与培养，导致读写两张皮的现象比比皆是。
同时，轻体验的引导。学生不善于观察、发现生活；学生更不会将生活体验转换成习作素材，不具备将生活体验转换成习作素材的自觉意识，主要的责任在于教师不引导学生观察发现，缺乏对学生经验的转换进行牵引式的指导，导致了学生习作无内容可写、无真情实感的结果普遍存在。
因此，笔者始终坚持两条腿走路：在大阅读训练的同时，尝试进行小学语文牵引式读写训练，以学生生活和学情为起点，通过科学的教学行为对学生施加积极影响，发挥引领、引导的主导作用，既解决了小学生习作过程中“写什么”“怎么写”的问题，又克服了习作无真情实感的现状。
二、牵引式读写训练策略
（一）找到牵引读写训练训练的三个起点
牵引式读写训练的起点是什么呢？牵引式读写训练首先要分析学生习作中存在的问题和困难，以学生习作学情为起点，寻找到学情与课文经典片断的结合点；其次，以习作学段目标及要求为起点，寻找到学情与阅读课文经典片断的结合点；最后，以单元作文重难点为起点，寻找到学情与课文经典片断的结合点。
（二）建立牵引式读写训练体系
找到习作教学的知识逻辑，习作中学生认知逻辑，将课文经典片断进行教材重组，建立系统化的习作练习知识和训练体系，让学生在阅读中习得习作的方法，通过科学的教学行为对学生施加积极影响，发挥引领、引导的主导作用。
牵引式读写训练，以课文经典片段、学生习作能力训练为主线，根据年段习作重点，由浅入深、由简单到复杂，由单项到整合训练，建立系统化读写训练课程体系。通过分解——组合习作练习知识训练点，建立螺旋上升式的系统化读写训练体系。
（三）牵引式读写训练课堂操作模式
形成了“品悟得法—情境体验—迁移仿写”的牵引式读写训练模式。
1. 阅中得法。教师在引导学生品读教材经典片断，学习语言的组织形式，表达方法，积累语言，习得习作方法。
2. 情境体验。生活是习作的源泉！体验式学习理论者大卫·库伯认为：学习不是内容的获得与传递，而是通过经验的转换从而创造知识的过程。教师要做学生习作素材的发现者，甚至是学生习作体验情境的创设者，引导学生观察或者回忆生活，形成情感体验，获（下转42页）（上接40页）得灵感，形成写作意识和冲动。学习春天主题单元课文中，学习了《燕子》一文中抓住色彩和拟人的手法描写春天热闹景象后，可以让学生走进田野、来到学校花坛边去观察查春天，让孩子把所见、所文、所触、所想。又如，写人、记事文章的引导过程中，从课堂上师生间、学生中发生的冲突，课间同学交往中经历以及个体体验，课堂以及学校活动过程中的体验等等环节，引导学生捕捉人物神态、言行，以及自己内心活动，养成善于发现生活以及自己内心真实感受的良好习惯。
3. 迁移仿写。教师指导学生从体验中选材、剪材，仿照经典片断的语言组织形式、谋篇布局、描写方法等习作技巧，进行仿写。实现从学文到练能的华丽转身。
如西师版教师第9册《弹琴姑娘》一文，笔者选取了“景物描写与琴声融为一体，通过排比的句式进行景物描写增强琴声表现力，体现弹琴姑娘的勤奋刻苦的特点”片断作为写人习作方法之一。引导学生品读排比句式展现的美丽雨景，感受琴声的优美，在姑娘勤奋的同时，利用身边的情境：初秋的教室窗外正下着淅沥淅沥的雨，苍翠的树叶湿漉漉的直拥向窗台，电线杆上垂挂着晶莹的雨珠，街对面是灰色的瓦屋顶……让孩子们细细观察这读书声中的雨景！然后运用排比句式，仿照作者的语言组织形式，写一写琅琅书声下的雨景。学生凝神观察，纷纷拿出了笔，写出了下面的片断：“窗外，细丝一般的秋雨无声无息地下着，只要读书声一响，雨点欢快地洒在树叶上，洒在马路上，洒在教室的雨篷上，也飘洒在窗户上。当书声停止，他便挂在电线上，敛气屏息，静静地倾听着，等待着当抑扬顿挫的书声再次响起，它便欢快地跳起踢踏舞……”
只有唤醒善于发现生活的自觉意识，作文教学才能达到最高境界——真正实现作文就是书写属于自己的人生，才能塑造出有思想、个性的、善表达的一代！
教育就是自觉意识的唤醒，牵引式读写训练就是要唤醒学生的自觉意识。
【参考文献】
[1] 王灵. 牵引式教学浅谈[J]. 新校园（上旬），2015（3）.
[2] 张俊. 抓住训练点，以导促提高：浅谈作文教学中教师“导”的作用[J]. 中国文房四宝，2014（7）.
牵引控制策略 篇4
班级学号姓名
一、填空（每空1分，共20分）
1．电源电流谐波与
2．利用二点式逆变器，只能把中间直流回路的接到电动机上去。
3．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的形曲线变化。
4．电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为、和三大部分。
5．有级调速电力机车如SS1有级消磁。
6．为了保证电力机车正常运行，机车上设有辅助电路和辅助机械装置。
7．6K型机车采用牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制的办法来达到规定的磁场削弱系数。
8．斩波器主要由组合而成。
9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流 的接触网供电。
10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的能及时地采取防护措施。
11．单闭环调节系统对于 都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。
12．系统动态特性的数学表达式，叫做。
13．SS1型机车设有两个两位置开关，即开关和。
14．6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机 分成两组，每组三台牵引电动机。
二、名词解释（每题4分，共20分）
1．四象限脉冲整流器：
2．恒压运行：
3．调速性能指标：
4．斩波器：
5、交-直流传动方式：
三、简答题（每题5分，共30分）
1． 串激牵引电机有哪些优缺点？
2． 电阻制动有哪些优缺点？
3． 电力机车上可能发生的过电压有哪几种？
4．移相电路分为哪几种？各有什么用途？
5采用异步电机作牵引电机有哪些优点？
四、叙述题（每题10分，共计10分）
细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用。
电力牵引控制系统复习题
一、填空
1．电力机车的电气线路按其作用的不同，部分。
2．有级调速电力机车如SS1型机车，它有有级消磁。
3辅助电路和辅助机械装置。
4．6K型机车采用复励牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制 励磁整流器而改变它励绕组电流IF的办法来达到规定的磁场削弱系数。
5组合而成。
6．等因素有关系，且不同斩波器情况也不一样。接到电动机上去。
8．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的“马鞍”形曲线变化。
9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流 的接触网供电。
10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的工作环境和故障时能及时地采取防护措施。
11． 都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。
13．SS1型机车设有两个两位置开关，即主变压器次边绕组正反串接开关和牵引、制动工况转换开关。
14．6G 分成两组，每组三台牵引电动机并联运行。
二、名词解释
1．四象限脉冲整流器：为了改善机车的功率因数和减少谐波电流对电网的干扰，在交-直-交机车上除电机侧有逆变器以外，电源侧还设有四象脉冲整流器。从本质上讲，四象限脉冲蒸馏器是按斩波方式工作的整流器。所以，它也常被称为脉冲整流器。
2．恒压运行：将电流手柄置于较高给定，使电流环不参与调节，操作电压手柄，则电机端压不断上升，机车加速，当电压手柄停留在某一级位上，则机车保持在这一恒定电压下运行。
3．调速性能指标：就是对调速系统技术性能的定量要求。设计自动控制系统需要满足静态（稳态）和动态两个方面的要求。
4．斩波器：就是将负载与电源接通继而又断开的一种通/断开关，它能从固定输入的电源电压产生出经过斩波的负载电压。
5、交-直流传动方式：就是采用交流牵引发电机，通过大功率硅整流器使交流电变为直流电，然后再供给数台直流牵引电动机。
三、简答题
1串激牵引电机有哪些优缺点？答：交直型电力机车普遍采用串激牵引电机，串激电机具有牛马特性，即起动牵引力大，随着机车速度增加，牵引力相应地减小，基本上具有恒功特性，所以十分适合于机车牵引的需要。它的最大缺点是软特性和防空转能力差，容易超速。
2电阻制动有哪些优缺点？
答：优点：
1、提高列车运行的安全性。
2、减少了闸瓦和轮缘磨耗。
3、提高了列车下坡运行速度。
4、节约了能量。
5、易于实现制动力自动控制。
缺点：低速时，制动力直线下降。改缺点目前有下列几种克服方法：
1、采用加馈电阻制动。
2、将制动电阻分成两级。
3电力机车上可能发生的过电压有哪几种？
答：两种，一种是来自大气的雷击过电压，简称大气过电压，可高达数百万伏，又称外部过电压，通过接触网导线或直接侵入车顶高压部分。
另一种是来自机车内部的电器设备，如硅整流元件的整流换相；电器开关如主断路器的分合等，称为操作过电压货内部过电压。
4移相电路分为哪几种？各有什么用途？
答：移相电路可分为四种：阻容移相，单结晶体管移相、交流与直流叠加移相和锯齿波与直流叠加移相。前两种一般用于功率不大的整流装置，触发系统不经脉冲变压器隔离，直接与主电路晶闸管门级相连接。后两种用于大功率电力机车整流装置，移相电路输出，中间经脉冲信号形成电路（例如单稳电路）和隔离脉冲变压器，再送到晶闸管的门极。
5采用异步电机作牵引电机有哪些优点？
答：
1、由于转速可达4000r/min以上，功率比较大；
2、通过选择最佳传动比，减少电动机质量，而不会影响其性能；
3、由于利用了换向器所占的空间，每单位体积发出的力矩更大；
4、由于定子绕组沿圆周均匀分布，散热条件好，电动机的热利用最佳。
四、叙述题
细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用。
答：1。当调速手柄在“0”位时，转换手柄可以从其“0”位取出、插入或从“0”位扳倒“后”、“前”或“制”位。
2．转换手柄在“0”位或取出后，调速手柄被锁在其“0”位不能扳动。
3．转换手柄扳倒“前”或“后”位时，调速手柄可以在牵引各位（“0”-“快”）间任意扳动。
4．调速手柄离开“0”位时，转换手柄不能从“后”、“制”或“前”位扳回“0”位。
5．调速手柄在“降、固
1、固
2、升”各位时，转换手柄可以在“前、Ⅰ、Ⅱ Ш”各位来回扳动；同样转换手柄在“前、Ⅰ、Ⅱ Ш”各位时，调速手柄可以在“降、固
1、固
2、升”任意扳动；
6．转换手柄在“制”位时，调速手柄可由“0”位扳倒“制”位，当继续推动调速手柄时便带动电位器转动，通过半控整流桥平滑调节牵引电机励磁电流的大小。
6作为内燃机车的传动装置，主要应完成哪些任务？
1．当机车运行在需要柴油机发出满功率时，应使机车在规定的运行速度范围内保证柴油机在额定功率下工作，既不过载也不欠载；
2．当机车仅需柴油机以部分负荷运行时，应使机车在规定的运行速度范围内保证柴油机能按其经济特性运行；
3．机车应有良好的起动性能。
这三项任务主要依靠调节牵引发电机的外特性来得到。
7电力牵引闭环自动控制系统的基本工作原理。
牵引控制策略 篇5
关键词：变频调速系统,内燃机车,设计
0 引言
针对铁路提速的需要, 开发交流电传动工程作业机车是十分必要的。该车设计要求应具有两种运行方式, 即高速长距离牵引运行状态和超低速稳定作业运行状态。目前国内使用的工程作业机车, 一方面没有采用交流电传动, 另一方面也不具备这种性能要求[1]。
1 牵引电机的特性
异步电动机典型的转矩—转速特性如图1所示。其中, M为转矩;S为转差率, S=Δf/f1, Δf为转差频率 (转子电流的频率) , f1为定子电流频率;SM为最大转差率;SHD为额定转差率;n为转速;Mmax为最大转矩;MHD为额定转矩;m为转矩最高点;n1为电动转矩与制动转矩的转速临界点;HD、HT为速度拐点。电机转子在同步转速时, 转矩为0;当转差率很小时, 转矩随速度的减小 (即转差率的增加) 近乎直线变化。当转差率S为正时, 为电动转矩;转差率为负时, 为制动 (发电) 转矩。
设异步电动机转子的旋转频率为f2, 如果能够测量计算出来f2, 根据负载对转矩的需要, 由电机的控制特性, 便能找到其相应的转差频率Δf, 则变频器输出的定子电流频率f1为:
f1=f2±Δf 。
其中:“+”对应于电动牵引状态, 即定子电流的频率f1大于转子旋转的频率f2;“-”对应于发电制动状态, 此时转子旋转的频率f2大于定子电流的频率f1。
图2为变频牵引异步电动机额定转差频率Δf的特性曲线。其可根据牵引异步电动机设计参数求出, 作为转矩设定 (转差频率Δf) 的原始依据, 在变频器—牵引电动机匹配实验时进行校正, 用于工程作业机车现场调试时的调速[2]。
2 牵引变频调速控制系统的特点
2.1 牵引变频调速系统的控制方式
由于机车本身及所牵引的拖车重量较大, 一般为大惯性负载, 启动/停车时间均较长, 其转矩的响应时间无快速性要求。因此牵引变频调速采用转差频率控制, 实现转矩的给定控制和转速转差闭环控制, 完全能满足牵引控制的各种要求。
2.2 牵引变频调速系统的工作模式
工程作业车在轨道上行驶作业, 通常为“双车重联工作”。这样配置, 一方面增加了设备的可靠性;另一方面可适应不同的拖车载重和长大坡道、高速长距离之运行要求。
针对交流传动内燃作业机车设计以及使用方面的要求, 牵引变频调速控制系统应按如下工作方式进行设计。
2.2.1 双车并联工作模式
双车并联工作模式下按转矩给定控制 (转差频率Δf控制) 方式工作, 适用于高速长距离 (重载长大坡道等) 牵引运行。双车并联、转矩给定方式控制原理如图3所示。其中, V为转速转变信号, 牵引电动转子的实际运转频率为f2。如果此时电动机的转子只需跟着机车一块运行, 只将转子运行频率f2作为牵引变频器的给出频率f1 (定子绕组上施加的频率) 即可。当需要施加一定的牵引力 (电动转矩) 时, 控制系统只要将电动机转子此时运行的实际频率f2所对应的转差频率Δf′与f2相加, 即f1=f2+Δf′, 这样电动机便输出相应的转矩。通过机械传动机构, 机车便得到相应的牵引力。为了给柴油发电机组一定的调节时间, 牵引力/制动力的施加要经过一个给定的斜坡时间予以缓冲。以这种方式进行转矩控制, 牵引变频调速系统将十分稳定[3]。
结合图2如果转矩按1档～15档进行控制 (分档按比例) , 即转差频率特性曲线有15条可供用户选用。
2.2.2 单车独立工作模式
单车独立工作模式下按转速转差闭环或V/F开环频率控制方式工作, 适用于低速稳定作业运行。图4为单车独立转速闭环、V/F开环频率方式控制原理示意图。其中, Vg为给定车速;Vf为反馈车速。速度调节器PI将Vg、Vf求差并进行PI运算, 输出Δf值受Δf数据限幅, 即当Δf值在额定值以内, 输出其实际值, 超过额定时, 限到f2频率对应的Δf值, 即Δf不像转矩给定控制方式只有15条曲线, 而是在牵引/制动工作区中有无数条任意的曲线[4]。
V/F开环频率 (转速) 控制, 即将速度信号直接作为牵引变频器的输出频率信号f1。当然V/F开环频率控制要将牵引控制所需的特性要求考虑进去, 远非一般通用变频器就能胜任的。
3 牵引变频调速系统主电路设计
3.1 牵引变频调速系统的特殊要求
根据此变频调速系统应用场合的特殊性, 在主电路设计时需要考虑以下几点因素:①柴油发电机组供电系统低抗扰的突出性;②牵引电动机供电要求的特殊性;③牵引变流器免维护要求的必要性[5]。
3.2 牵引变频调速系统主电路分析
牵引变频调速系统主电路及操作控制原理框图如图5所示。由图5可知, 主电路由进线回路、整流器、预充电回路、滤波器、动能制动和逆变器等组成[6]。
此系统属于传动控制级。主整流器采用三相桥式半控整流电路;电机控制策略为矢量控制, 这是一种高性能交流异步电机控制技术, 动态响应速度快, 稳态性能优良, 谐波含量低。内燃机车交流传动控制系统作为一个独立的整体完全可以满足工矿作业机车的性能要求。
参考文献
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牵引控制策略 篇6
一、设计目标
作为电力电子与电力传动重点实验室的一个重要平台———轨道交通车辆牵引驱动与控制实验平台的建设目标是： (1) 利用学校现有的电源能力建设一个包括DC1500V模拟电网、逆变器、异步牵引电动机、驱动控制系统、负载调节系统和测试系统在内的轨道交通组合试验系统。 (2) 按照国际标准、国家标准、行业标准的要求，同时结合我国轨道交通领域的实际的应用情况设计试验系统。 (3) 能够对功率等级不大于300k W的逆变器供电的异步电动机开展变频调速的内容、电机特性曲线、运行特性曲线、制动特性曲线和信号检测实验。 (4) 能够按照IEC61377-1:2006、TB/T3117:2005的规定开展功率等级不大于300k W的逆变器供电的异步电动机及其控制系统的组合试验。 (5) 能够按照IEC60349-2:2002、TB/T3001:2000的规定对异步牵引电动机开展功率等级不大于300k W的各项电性能试验。 (6) 能够按照IEC61287-1:2005、TB/T 2437-2006的规定对逆变器开展输出容量不大于300k VA的各项电性能试验。 (7) 提供先进的试验测试系统，满足网络化、信息化实验室建设的要求。
二、技术原理
1. 模拟电网电压等级选择。
我们知道，轨道交通根据其动力来源的不同可以分为电力机车和内燃机车，广义而言电力机车在世界范围内的供电网又分为DC750V、DC1500V、DC3000V、AC162/3Hz 15k V、AC 50（或60) Hz 20k V、AC 50（或60) Hz 25k V、AC 50（或60) Hz50k V等多种，我国现有DC750V、DC1500V和AC50Hz25kV三种供电网，作为上海地铁的DC1500V供电系统也是我国地铁系统的首选供电系统，因此以DC1500V供电系统为参考建设轨道交通车辆牵引驱动与控制实验平台的模拟电网是符合电机学院的发展需求的。
2. 试验系统原理框图。
该试验台主要由控制PC机、司机控制台（含CCU）、PXI数据采集系统、电流电压传感器、信号调理模块、PLC控制器、2个逆变器、2台牵引电机、高压电器屏、十二脉波整流变压器、制动电阻屏、电源总进线柜、转矩转速传感器等部分组成。试验台的主要工作原理是：司机通过控制台上的PC机向逆变器的DCU发送指令，控制逆变器按要求输出电压和电流，从而控制轨道交通车辆上的电机按一定的速度运行。同时各种参数通过传感器、信号调理模块和PXI采集系统，将信号输送到PC机显示，实现对轨道交通车辆运行状态的监测。
三、功能说明
1. 变频调速试验。
通过对驱动控制单元DCU进行特殊设计，既可以按照牵引特性曲线进行控制，同时可以设置为电源模式进行控制———可以实现变频变压、定频调压和定压调频三种模式，从而可以很好地开展异步电机变频调速的试验。
2. 电机特性试验。
异步电动机的试验按照IEC60349-2:2002、TB/T3001:2000的要求，即电动机的电压电流要尽可能接近机车变流器波形所含的谐波状况，可进行电机特性试验和温升试验。本试验系统的设计还可以进行异步电动机由电动机状态向发电机状态转化的过程。 (1) 异步电机空载试验。异步电机不连接负载，单机运转，试验步骤如下：将异步电机由静止起动到电机额定频率（FMN）、额定电压（UMN）空载运转，保持供电频率为异步电机额定频率，改变供电电压，记录上述各电压下电机电压、电流和功率；根据试验结果绘制出电机空载特性曲线。 (2) 异步电机堵转试验。将电机转子堵转，在电机不旋转状态的试验，试验步骤如下：电机堵转（n=0）；保持电源频率（电机额定频率或低于额定频率），施加电压使被试机电流为2～2.5IMN，调节电压获得不同电流下对应电压。如：2.5IMN、2.0IMN……0.32IMN，记录各电流下的电压。根据试验结果绘制出电机堵转特性曲线。 (3) 异步电机负载试验。负载电机为异步牵引电动机M2, M2工作在发电状态，M2输出的电能由U3整流后经过直流母排直接反馈该U2。试验步骤如下：M2控制在无负载输出状态；起动异步电机在电机额定频率、额定电压（根据需要，可以低于电机额定电压值）运行；通过U3控制M2运行在发电机状态，调节M2的发电功率，使被试异步电机M1运行在所需功率；保持异步电机的频率、电压不变，改变负载电机输出功率，记录不同负载下异步电机的输入功率、电压、电流，负载直流电机的端电压、电流；试验结束后，降低负载电机输出功率，被试电机制动停机。 (4) 试验结果。经上述试验并测定转速等其他有关数据，可得出异步电机的工作特性并完成电机的温升试验。
3. 牵引特性试验。
通过对驱动控制单元DCU进行设置，使逆变器驱动异步牵引电动机按照牵引特性曲线进行，例如横力矩起动，恒功率运行或磁削运行等。逆变器由十二脉波整流电源供电，异步电动机的负载由U3和M2进行调节。
4. 制动特性试验。
对于具有电制动功能的车辆，通过对驱动控制单元DCU进行设置，使逆变器驱动异步牵引电动机按照制动特性曲线进行。此时，异步电动机M2作为电动机运行，其电源由U3提供，通过控制U3和M2来提供制动特性所需的模拟动力。此时异步牵引电动机M1工作在发电机状态，而逆变器则工作在整流状态，其整流输出的电源即可由负载电阻消耗掉也可以直接通过直流母排反馈给U3。
轨道交通牵引与控制试验台可以完成变频调速试验、电机特性实验（异步电机空载试验、堵转实验、负载试验）、牵引特性试验、制动特性试验和线路运行模拟实验，采用双逆变器和背对背的控制模式，发出的电能经过回馈送到电网，节约能量，为人们研究开发轨道交通先进控制技术提供了实验平台，具有重要的现实意义和使用价值。
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牵引控制策略 篇7
TCN(列车通信网络)是面向控制的一种连接车载设备的数据通信系统,是列车网络通讯系统。通常分2级总线,分别为列车级和车辆级总线。各总线系统符合列车通信网络IEC61375标准。具有很强的实时性和容错性,它将整个列车微机控制系统的各个单元之间连接起来,作为系统信息交换和共享的渠道,实现全列车环境下的信息交换。
地铁车辆的牵引/制动指令主要来自自动驾驶模式(ATO)的信号系统和手动驾驶模式(ATP)的司控器手柄。但通常情况下人们更关注列车手动驾驶模式。牵引/制动系统作为地铁车辆执行机构会接收列车牵引/制动指令,如何更好地通过TCN完成牵引和制动指令的采集、传输是整个设计的重点问题。
1 司控器牵引/制动指令的产生
通常司控器(司机控制器)的输出由两部分组成:逻辑开关量和给定信号。开关量用于表示列车运行的状态;给定信号用于给定列车牵引或制动力大小等信号。给定信号的输出方式:一种是模拟量信号输出模式,通常是电压信号(DC0~10V)、电流信号(4~20m A);另一种是编码信号输出模式,通常为脉宽调制(PWM)信号。
司机控制器内有电位器,当司控器控制手柄的转动,司控器内电位器输出随之按比例相应变化,从而调节司控器给定信号输出值,产生不同牵引/制动力指令。
当司控器为PWM编码信号输出模式时,当司控器控制手柄的转动,电位器输出电压、电流信号经过PWM编码器处理,也会产生不同牵引/制动力指令。
2 司控器牵引/制动指令的采集和处理
当司控器为模拟量信号输出模式时,司控器输出可能是电压信号,也可能是电流信号。通常为电压信号,因电压信号比较容易实现。但电压信号传输更容易受到干扰,而且随着传输距离的加大,电压信号衰减较大,会严重影响信号的质量。因此,需要采用新的控制策略,通过TCN系统实现列车牵引/制动指令的采集及传输。
2.1 牵引/制动指令的采集
TCN系统的MVB远程I/O模块负责采集司控器控制手柄的牵引/制动力指令请求数据,并通过TCN系统的MVB源端口,如0x04端口发送给CCU的宿端口,如0x04端口。
2.2 司控器输出电压值的整合
TCN的中央控制单元CCU接收到上述I/O模块采集的牵引/制动级位信号后要进行巧妙的取值处理。CCU通过软件如silulink、mutprog等对采集的数据进行模数转换等逻辑处理,将司控器级位0-10V电压信号对应到0-100%级位,考虑到司控器机械误差,取牵引状态下3-8.3V,对应0-100%牵引力参考值;取2.5-3V对应0%牵引力参考值;取8.3-9V对应100%牵引力参考值。同理,取制动状态下3-8V,对应0-100%制动力参考值;取2.5-3V对应0%制动力参考值;取8-9V对应100%最大常用制动力参考值。其余范围值定为故障状态。
当司控器为PWM编码信号输出模式时,电位器输出电压、电流信号连接到PWM编码器的输入端,通过PWM编码器,牵引/制动控制手柄所处位置被转换为PWM信号的形式,不同的牵引/制动控制手柄所处位置对应不同占空比,CCU采集到不同的占空比,通过逻辑编程处理,将10%-90%的占空比对应到0-100%级位,再通过TCN系统的MVB总线传送给牵引/制动控制系统。
3 司控器牵引/制动指令的传输
TCN系统将牵引、制动控制单元作为列车通讯网络的一个节点连接到车辆总线上。CCU会通过MVB总线将采集来牵引/制动指令传输给牵引/制动控制单元。
在TCN通信系统中,CCU作为TCN中央控制单元,是一个非常重要的关键设备(MVB4类设备),具有MVB总线管理功能,可在CCU内利用图形化编程工具方便、可靠地开发车辆控制单元对其它子系统设备单元的控制和故障诊断程序,通过与各子系统的通信,实现对MVB网络通信的配置和网络上的各设备状态的控制、监视、管理。
在牵引/制动指令传输过程中,CCU先将来自司控器控制手柄的牵引/制动力参考值请求输出给牵引力/制动力变量Trforce_reference/Brforce_reference,并通过MVB源端口0x05/0x06,行经TCN系统的MVB总线,分别发送给牵引/制动控制单元TCU/BCU,TCU/BCU收到来自CCU的牵引/制动力参考值请求,执行该请求,从而实现了列车牵引/制动指令快速、准确的传输,协助地铁列车完成对牵引/制动的控制功能。
4 结轮
实践证明,TCN系统很好的完成了地铁车辆牵引/制动指令的采集和传输,更好地提高地铁车辆的牵引/制动力等指令信号的抗干扰能力,充分发挥了TCN控制功能的可靠性、安全性、可维护性与低成本等的优势。
同时,大大地增加牵引、制动的信息交互,以及大大地减少牵引、制动的响应时间。TCN参与控制,很大程度上克服了列车硬连线控制布线复杂,设备多的弊端,从源头上降低生产成本,维护成本,并有效的减少设备增加而带来的故障隐患。
摘要：通过TCN进行牵引/制动指令巧妙地采集和传输,更好地提高地铁车辆的牵引/制动力等指令信号的抗干扰能力,同时,充分发挥了列车网络监控功能的实时性、冗余和容错性及低成本等的优势,克服了列车硬连线控制布线复杂、设备多的弊端,从源头上降低生产成本,并能有效地减少设备增加而带来的故障隐患。
关键词：地铁列车,司控器,列车网络系统,牵引/制动指令
参考文献
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牵引控制策略 篇8
地铁是舒缓城市日益增长的交通压力的重要交通方式, 而且具有速度快、运量大、能耗低、污染少、占地省和安全环保等优点[1]。而牵引系统作为整个地铁系统中的重要组成部分, 它的发展直接影响着地铁的未来应用[2]。随着永磁同步电机 (permanent magnet synchronous motor, PMSM) 的发展, 它的诸多优势正在被人们逐渐认识, 永磁电机其转子中间对变速齿轮箱、主轴和联轴器的要求远小于异步电机, 提升电机的传动效率, 最重要的是使变速运行范围更宽, 运行可靠性更高。
传统的电机控制采用安装传感器的方法, 这使电机的体积增大、安装成本升高、维护维修麻文献[3]提出了模型参考自适应法, 能够快速跟踪速度变化;文献[4]提出了状态观测器估算法, 降低参数不法等隶属于人工智能估算法的方法。但是滑模转速估计法与其他几种方法相比, 具有速度响应快, 强鲁棒性, 对系统而言, 无论内部参数还是外部干扰都呈现不变性, 系统渐进稳定就可以获得保证[5]。
1 基于无速度传感器的地铁牵引系统工作原理
基于无速度传感器的地铁牵引系统系统仿真框图如图1所示。该系统主要包括提供供电电压的35KV的中压网;将中压网转变成地铁直流牵引网供电电压的24脉波整流器;永磁牵引电机的控制系统。
根据地铁牵引供电方式、永磁电机作为牵引动力的控制建模针对地铁系统提出了新型的利用永磁电机牵引方案, 在列车再生制动时会引起牵引网的电压升高, 机车产生的制动能量。
1.1 永磁电机矢量控制原理
对于任何牵引电机来说, 其拖动系统都遵循基本的运动方程式[6,7]:
式中:GD2是飞轮力矩;N为电机转速;Te为电磁转矩;TL为负载转矩。
将永磁电机三相转化为d-q坐标系下的模型, 其定子电压方程:
定子磁链方程:
电磁转矩方程:
其中, ud、uq为d-q坐标系下的等效定子电压;id、iq为d-q坐标系下的等效定子电流;Ld、Lq为定子绕组d、q轴电感分量;Rs为电枢电阻;ψf为转子磁链;ωe为电角速度。
对于外贴式转子结构的永磁电机, 由于稀土永磁材料的相对回复磁导率接近于1, 所以在电磁性能上属于隐极转子结构, 即Ld=Lq, 故在d-q轴系永磁同步电动机的电磁转矩是由iq决定的, 要想控制电磁转矩, 只要控制iq的大小并保持ψf为定值, 采用id=0控制策略[7]。
1.2 滑模控制建模
设系统方程为
在此状态空间里, 存在一个称为滑模切换面, 其表达式为:
根据滑模面的定义, 可将设立的状态空间分为两部分, 即S>0和S<0。
在滑模面上, 研究的范围是最终停留在滑模面具有滑模运动的点[8], 保证系统运行最终达到稳定状态, 最终抵达滑模面的表达式为:
首先, 确定切换矢量S (x) , 据此建立滑模控制器:
保证在滑模面的动模态区域中系统稳定性。
由上式可知, 若反电动势的确定以后, 就可根据反电动势这一正弦波获得所需要的转子位置信息, 因此, 设计滑模观测器获得转子位置信号就转化为怎么样获得反电动势, 这是滑模观测器设计的基本依据[9]。
已知符号函-数:
据两相静止坐标系下的模型, 设计滑模观测器模型:
iα, iβ——为实际测量值;
取李雅普诺夫函数:
根据李雅普诺夫稳定性条件, 令:
则滑模观测器的动态模型:
把公式 (1-15) 代入 (1-14) 得到:
则可得到:
进入滑模面后, 则根据滑模面公式可到滑模观测器动态方程:
从滑模电流观测器获得反电势, 此电势为高频开关信号, 而反电势的连续信息获取, 需通过一阶低通滤波[10]:
根据式 (1-19) 电势与转子位置角的关系估算电机转子位置角度为:
滤波后, 反电势势必存在相位延迟现象, 延迟角大小也和电机运行频率有着密切关系, 因此准确估算转子位置角度值, 需对转角进行估算补偿, 减少滑模控制带来的抖振现象[11]。补偿角的大小见式 (1-21) :
则可得到转子估算位置为:
根据以上推导, 滑模观测器的原理框图如图3:
2 系统仿真与分析
地铁车辆在运行过程中一般分为启动运行——惰性行驶——刹车制动三个过程。首先对整体仿真时间进行设置, 仿真总时间鉴仿真软件的限制, 将总的仿真时间设置为2s, 对加速度也做出相应的调整。假设机车开始起动的时间为0s, 当机车由0km/h加速至平均运行速度36km/h;列车惰性运行0.3s后, 在1s的时间点转换为刹车运行工况。
列车运行速度曲线的测量值和观测值如图5所示, 仿真在2s内完成了列车的整体运行工况的模拟。
从图中可以看出, 从滑模观测器得出的电机转速的观测值基本上可以跟踪上仿真模型中测量的电机转速, 其大小基本上相等, 具有速度响应快, 动态性能好的特点。
图6~7可以看出, 转子位置角的观测值与实际值起步时有较小误差, 0.2s后恢复稳态, 误差基本为0。通过采用滑模观测器可以实现转子位置角的测量。
永磁牵引电机的从牵引到刹车制动的过程, id始终为0, 满足了本文采用的id=0的控制策略。电磁转矩的波形表明当列车启动阶段, 永磁牵引电机的电磁转矩为正, 保持在1000N.m附近, 在进入惰性运行时, 电机的电磁转矩减小, 进入刹车状态时, 由正转负, 表明永磁牵引电机已经由电动机转而变成了产生电能的发电机。
在模拟列车完整运行的过程中, 电机在启动时, 电机消耗电能定子电流较大, 进入惰性状态后明显减小, 刹车过程中, 电机由电动牵引状态进入发电机状态, 开始输出电能使得电机三相定子电流又一次增大, 相位也发生了变化, 如图10所示。
列车运行消耗的功率波形图11表明列车在永磁电机牵引时段, 电机不断消耗功率, 进入惰性运行阶段后, 消耗的功率明显减少, 进入刹车运行阶段, 电机转变为发电状态, 也就是电机消耗的功率为负值, 牵引网电压立即升高。
3 总结
本文将永磁电机引入地铁系统, 作为牵引动力。通过搭建仿真模型, 对电机的定子电流和消耗功率进行了分析。利用滑模观测器对电机的位置转角和速度进行观测, 并将测量值和滑模观测器的观测值进行了仿真验证, 得出结论:滑模观测器的速度观测值可以跟随电机的实际测量值的变化, 位置转角的观测值和实际测量也基本吻合, 验证了基于滑模观测器的地铁永磁电机牵引系统的可行性。
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牵引控制策略 篇9
6×2牵引车可提升桥与普通的6×2牵引车相比, 其二桥为由气囊控制的可提升桥, 而此桥的悬架系统也选用了气控气囊的空气悬架。
相比普通的6×2牵引车在满载时可以将二桥放下, 使其成为支撑桥, 不但能分担质载, 而且因为其使用了空气悬架使其拥有更好的平顺性, 提高了整车的舒适性, 同时因带感载阀, 可以适时调节后桥及整车的受力状态, 改善轮胎的磨损情况。在空载时可以利用提升气囊将整个二桥提起, 使整车实际变为4×2牵引车, 使与地面接触的桥数减少, 从而减少了与地面的摩擦力, 降低油耗。
本文以某6×2牵引车空气悬架及提升桥控制系统设计为例, 对系统的原理以及零部件的选型匹配进行了简单的论述。
1、空气悬架及提升桥控制系统简介
6×2牵引车空气悬架及提升桥控制系统 (如图1) 主要由电储气筒、限压阀、感载阀、ECAS电磁阀以及驾驶室内的控制器等零部件组成, 通过ECU提供的电信号对提升桥的提升与放下以及空气悬架气囊的充气与放气进行控制。
控制系统中的压缩气体储存在供能装置储气筒1中, 储气筒1出气分为两路, 一路通过限压阀2进入到感载阀4, 再由感载阀4进入到ECAS电磁阀6中, 另一路通过限压阀3直接进入到ECAS电磁阀6中, 两路中的限压阀4和限压阀3的作用都是对系统内的压力进行调控, 防止系统内压力过大, 也防止储气筒内压力过小时气体反流回储气筒;当整车在空载的情状态下, 在驾驶室内的驾驶员可以控制驾驶内的控制器12通过ECU来控制ECAS电磁阀6对支撑气囊7、8进行放气, 同时提升气囊9、10也同时充气将整个桥提升起来;当整车在满载状态下, 在驾驶室内的驾驶员可以控制驾驶内的控制器12通过ECU来控制ECAS电磁阀6对支撑气囊7、8进行充气, 同时提升气囊9、10也同时放气将整个桥提放下来, 这时提升桥的悬架就是有支撑气囊7、8来承担, 当在凹凸不平的路面时或是载重量变化时感载阀4就会给ECAS电磁阀6以信号使其控制支撑气囊7、8内的压力来控制高度使整车的平顺性达到最佳。
2、控制系统设计
2.1 控制系统设计分析
目前空气悬架的控制系统主要有两种类型:机械式、电控式 (ECAS) 两种, 由于控制灵敏度、方便性等原因, 电控式空气悬架应用越来越普遍, 但是该控制系统成本相对较高。
2.1.1 ECAS控制系统简介
ECAS控制系统主要由三部分构成:高度传感器、电磁阀以及ECU三部分构成。
主要实现的功能有:
1) 高度控制 (自动)
车辆行驶时自动调节车辆正常高度;可控制除正常高度外的其他车辆高度:通过开关或者车速控制, 实现高度控制, 在车速v>30km/h时, 自动恢复车辆正常行驶高度。忽略车辆动态行驶状况 (行驶振动, 制动, 转弯) , 降低空气消耗装载/卸载时快速的高度调节 (控制延时) 。
2) 高度调整 (手动)
通过开关、按键调整高度 (上升/下降) ;电磁阀大截面的进出气口, 高度快速调节;高度上限、下限控制 (限高) 。
ECAS控制系统的优点:
(1) 极大缩短牵引车上挂、卸挂操作时间; (2) 装卸货容易, 尤其对液体罐车; (3) 高度调节反应迅速; (4) 减少空气消耗, 节约能源; (5) 对6×2牵引车, 具有驱动帮助功能, 改善启动性能; (6) 提升桥控制, 多种压力控制模式; (7) 轴荷过载保护功能; (8) 可控制多个车辆高度。
2.2 控制系统机械部分零部件设计
2.2.1 限压阀总成
功能设计:限压阀主要用于对ECAS电磁阀进行供气时对压力的调节与控制, 使压力控制在一定范围。
限压阀将输出压力控制在650k Pa, 当压力持续增加时由于内部弹簧作用实现排气, 最终将输出压力稳定在600k P左右, 同时也防止储气筒压力过小时气体反流, 对整个系统起到限制与保护的作用。
2.2.2 感载阀总成
功能设计:感载阀主要用于因底盘与车桥之间距离变化来对支撑气囊的充、放气进行控制。
随着底盘和车桥之间距离的变化, 感载阀的感载杆角度也在变化, 在不同的角度对压力输出有不同的输出结果, 随着感载杆角度的变化, 输出的气体压力也在变化。
2.2.3 ECAS电磁阀总成
功能设计:利用ECU对ECAS电磁阀总成的控制使其实现对进气与放气的控制。
ECAS电磁阀通过ECU的电控对其进行控制, 使其对提升气囊以及支撑气囊进行充、放气的控制, 使其达到所要达到的功能。
2.3 控制系统电气部分设计
整个控制系统的电气都有ECU进行控制, 信号源主要来自驾驶室内的控制器, 故而电气部分的结构较为简单, 这里只简单的介绍一下其基本的原理。
控制系统的电气部分主要完成驾驶室内的控制器发出的信号指令, 将信号指令传输给ECAS电磁阀, 使其做出对支撑气囊和提升气囊充、放气的控制。
3、总结
本文对6×2牵引车的空气悬架及提升桥控制系统设计进行了简述, 随着高速物流行业的发展以及环境对车辆环保要求的不断提高, 提升桥的应用将越来越普遍。空载状态下可以把车桥提升起来, 减少摩擦力, 降低油耗。同时空气悬架相比传统的钢板悬架, 经过颠簸路面的时候可更好的吸收地面传来的颠簸感, 提高舒适性, 也可以保护货物不会受损气囊控制系统可以使车辆的重心降低, 提升了行驶的安全性。
摘要：文章主要介绍了某6×2牵引车空气悬架及提升桥控制系统的设计, 详细介绍如何通过ECAS电磁阀、感载阀以及限压阀对空气悬气囊和提升气囊的充、放气进行控制, 使其实现高度与强度的变化调节以及对二桥的提升与放下的控制。
关键词：空气悬架,提升桥,ECAS电磁阀
参考文献
[1]王望予.汽车设计.第4版.北京.机械工业出版社.2004.
[2]GB7258-2012机动车运行安全技术条件.
[3]王志强.某8×2载货车支撑桥控制系统设计.汽车实用技术.2015.