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基于虚拟样机的机车黏着控制研究

铁道学报 2010年第6期32卷 96-100页

作者：姚远张红军罗赟金鼎昌西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了抑制轮对空转并最大限度利用轮轨黏着能力,需要开发基于虚拟样机和现代控制理论的机车黏着控制技术。建立了大功率机车牵引列车及电气牵引传动系统的机电一体化动力学模型,考虑到了大蠕滑率时轮轨黏着负斜率特性、电机磁饱和及转矩... 详细信息

为了抑制轮对空转并最大限度利用轮轨黏着能力,需要开发基于虚拟样机和现代控制理论的机车黏着控制技术。建立了大功率机车牵引列车及电气牵引传动系统的机电一体化动力学模型,考虑到了大蠕滑率时轮轨黏着负斜率特性、电机磁饱和及转矩机械特性,对机车驱动过程进行仿真研究。提出通过检测同一转向架内不同轴之间的最大角速度差和角加速度差,实时计算轮轨黏着度,并采用模糊控制策略的黏着控制方法。仿真结果表明:在不同轨面及运行工况下,黏着控制使得轮轨有效黏着系数保持在黏着峰值,提高了机车的牵引性能;轮对的蛇行运动使得黏着控制中产生波动现象,波动频率与蛇行运动频率一致;针对不同结构参数机车和运行工况,黏着控制参数需要优化以达到最大的轮轨黏着利用率。

关键词：黏着控制黏着度大功率机车虚拟样机

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基于最佳黏着点搜索的黏着控制方法

铁道科学与工程学报 2023年第4期20卷 1478-1486页

作者：李政毅黄景春余泳江西南交通大学唐山研究院河北唐山063000 西南交通大学电气工程学院四川成都610031

在电力机车中,牵引转矩是通过轮轨间的黏着作用转换为机车运行的动力。同时,机车所能发挥的最大牵引转矩是受黏着条件限制的。因此,黏着控制在保障机车运行安全和提高牵引控制性能中起着重要的作用。轮轨黏着特性曲线中存在一个黏着峰值... 详细信息

在电力机车中,牵引转矩是通过轮轨间的黏着作用转换为机车运行的动力。同时,机车所能发挥的最大牵引转矩是受黏着条件限制的。因此,黏着控制在保障机车运行安全和提高牵引控制性能中起着重要的作用。轮轨黏着特性曲线中存在一个黏着峰值点,也称为当前轨面下的最佳黏着点,在该点附近黏着系数较大,能够为列车提供较大的牵引力。针对这一特性,提出一种基于最佳黏着点搜索的黏着控制方法,能够实现机车稳定运行在最佳黏着点附近,保证列车能发挥较高的牵引性能。该方法首先建立列车动力学模型和黏着计算模型,通过状态观测器估计黏着系数并根据估计值和当前蠕滑速度设计生成参考蠕滑速度,在变化的轨面条件下,使参考蠕滑速度自动调节并不断逼近当前轨面下的最佳黏着点,同时基于动力学模型和PI控制方法设计黏着控制器,将最佳黏着点搜索出的最佳蠕滑速度作为参考输入,并通过调节电机转矩实现列车对参考蠕滑速度的追踪,最后在半实物平台上进行验证。研究结果表明:设计的控制方法能使列车在干燥和潮湿轨面、有噪声干扰的情况下搜索到最佳黏着点,黏着控制器在不同轨面均给出了适合当前轨面的转矩,列车的蠕滑速度也很好地追踪了参考蠕滑速度,为实际列车运行时的黏着控制方法提供参考。

关键词：电力机车黏着控制 PI控制最佳黏着点

一种考虑系统不确定性估计的重载列车最优黏着控制

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铁道科学与工程学报 2022年第6期19卷 1734-1742页

作者：付雅婷朱虹燕杨辉华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013 江西省先进控制与优化重点实验室江西南昌330013

重载列车在运行时,黏着条件容易受到不良的天气状况或轨面状态影响,会导致列车无法有效发挥牵引力。为了解决重载列车在运行过程中因黏着条件恶化导致无法有效发挥牵引力的问题,提出一种考虑系统不确定性估计的离散积分滑模控制方法,该... 详细信息

重载列车在运行时,黏着条件容易受到不良的天气状况或轨面状态影响,会导致列车无法有效发挥牵引力。为了解决重载列车在运行过程中因黏着条件恶化导致无法有效发挥牵引力的问题,提出一种考虑系统不确定性估计的离散积分滑模控制方法,该方法通过对最优蠕滑速度的跟踪控制,实现重载列车的最优黏着控制。由于黏着系数在实际情况中难以测量,所以针对此情况设计串联滑模观测器对黏着系数进行观测估计。采用带遗忘因子的最小二乘法估计出黏着特性曲线斜率,并根据梯度下降算法得到最优蠕滑速度。以最优蠕滑速度和实际蠕滑速度作为控制系统输入,以牵引电机转矩作为系统输出,利用一步延迟估计方法估计系统的不确定性,据此设计离散积分滑模控制器控制电机转矩使蠕滑速度始终稳定在最佳蠕滑速度处。仿真实验结果表明:设计的考虑系统不确定性估计的离散积分滑模控制方法实现了对最优蠕滑速度的跟踪控制,并且与离散积分滑模控制方法相比,系统跟踪误差更小且具有更高的控制精度。说明采用的方法不仅能够补偿系统的不确定性和抑制抖振现象,而且还能实现对最优蠕滑速度的高精度跟踪控制,达到使重载列车牵引性能最优的目的。

关键词：蠕滑速度离散积分滑模控制跟踪控制黏着控制

基于轨面状态模糊辨识的高速列车最优黏着控制策略研究

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机械工程学报 2024年

作者：苗堉淏凌亮杨云帆王开云翟婉明西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室

针对低黏着接触状态下高速列车车轮易打滑问题，提出一种基于轨面状态模糊辨识的最优黏着控制策略。为了实现轮轨最优黏着利用的目的，通过模糊逻辑推理判断当前轨面黏着状态与标准轨面的相似程度，实时辨识其最优轮轨蠕滑率阈值，然后... 详细信息

针对低黏着接触状态下高速列车车轮易打滑问题，提出一种基于轨面状态模糊辨识的最优黏着控制策略。为了实现轮轨最优黏着利用的目的，通过模糊逻辑推理判断当前轨面黏着状态与标准轨面的相似程度，实时辨识其最优轮轨蠕滑率阈值，然后利用PID控制算法对电机输出转矩进行调整。基于车辆―轨道耦合动力学理论，建立高速车辆―轨道垂纵耦合动力学模型，对比分析复杂黏着条件下不同防滑控制策略对轮轨系统动态相互作用的影响。仿真结果表明，在复杂黏着条件下，相比于方差辨识方法，模糊辨识方法能够更稳健地判别轨面黏着状态并计算最优轮轨蠕滑率阈值。PID控制算法可及时对电机转矩做出调整，实现对车轮空转打滑现象的预防抑制。因此采用基于轨面状态模糊辨识的最优黏着控制策略可有效提高轮轨黏着利用率。

关键词：高速列车轨面辨识黏着控制车辆―轨道耦合动力学模糊辨识

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基于云模型的高速列车黏着控制

铁道科学与工程学报 2019年第6期16卷 1391-1397页

作者：魏银花田广科董海鹰兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心甘肃兰州730070 兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学新能源与动力工程学院甘肃兰州730070

针对列车在运行过程中出现的空转现象,即在牵引过程中出现的轮轨间黏着控制的问题,提出一种基于云模型的黏着控制方法。根据黏着特性机理和列车的动力学方程,建立列车牵引仿真模型。针对列车的黏着系统的非线性、不确定性,设计双输入单... 详细信息

针对列车在运行过程中出现的空转现象,即在牵引过程中出现的轮轨间黏着控制的问题,提出一种基于云模型的黏着控制方法。根据黏着特性机理和列车的动力学方程,建立列车牵引仿真模型。针对列车的黏着系统的非线性、不确定性,设计双输入单输出的二维正态云模型黏着控制器。仿真结果表明:在外界条件发生极端突变的情况下,该控制方法都能使列车发挥最佳牵引力,有效抑制空转的发生,实现列车黏着控制。

关键词：高速列车黏着控制云模型牵引力

有轨电车独立旋转车轮导向与黏着控制策略研究

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机车电传动 2023年第3期 124-130页

作者：李正武方晓春林帅王帅林飞北京交通大学电气工程学院北京100044

由于独立旋转车轮的直线对中和曲线导向能力差,文章以牵引电机导向型独立旋转车轮为研究对象,开展导向控制策略的研究。针对横向位移控制在系统参数变化后,PID参数需要重新整定的问题,提出基于模糊逻辑控制的参数自适应调整策略。此外,... 详细信息

由于独立旋转车轮的直线对中和曲线导向能力差,文章以牵引电机导向型独立旋转车轮为研究对象,开展导向控制策略的研究。针对横向位移控制在系统参数变化后,PID参数需要重新整定的问题,提出基于模糊逻辑控制的参数自适应调整策略。此外,考虑到导向转矩的实现依赖于轮轨间黏着力,在优化黏着控制的基础上提出考虑黏着限制的转矩分配策略。通过仿真软件MATLAB与Simpack搭建机电耦合仿真模型,对提出的控制策略进行验证。结果表明,在系统参数变化和轨面状态变差的情况下,独立旋转车轮仍具有较好的导向能力。

关键词：独立旋转车轮导向控制横向位移控制黏着控制转矩分配

基于改进滑模极值搜索算法的货运列车黏着控制研究

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机车电传动 2023年第1期 104-112页

作者：程翔唐润忠黄刚黄宜山湖南铁道职业技术学院轨道交通智能控制学院湖南株洲412001 湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412007 湖南工业大学轨道交通学院湖南株洲412007 中车时代电动汽车股份有限公司湖南株洲412007

针对传统的滑模极值搜索控制算法(SMESC)在货运列车最佳黏着工作点追踪过程中存在稳态振荡、收敛速度慢的问题,提出了参数时变的改进滑模极值搜索控制算法。为削弱稳态振荡和加快SMESC收敛速度,分析了SMESC中增益参数与稳态振幅间的数... 详细信息

针对传统的滑模极值搜索控制算法(SMESC)在货运列车最佳黏着工作点追踪过程中存在稳态振荡、收敛速度慢的问题,提出了参数时变的改进滑模极值搜索控制算法。为削弱稳态振荡和加快SMESC收敛速度,分析了SMESC中增益参数与稳态振幅间的数学关系,以及辅助函数斜率与收敛性的联系,并对其进行优化:设计了时变辅助函数斜率以改善SMESC的收敛速度,设计了以观测误差为基准的动态增益参数以削减稳态振荡,并进行了收敛性分析。针对行车阻力无法直接测量的问题,引入了基于粒子群算法(PSO)的阻力参数估计,最后设计了基于SMESC的黏着控制律,通过与传统滑模极值搜索进行对比,证实了所提方法的有效性和实用性。

关键词：黏着控制极值搜索观测器稳态振荡

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电力机车牵引黏着控制半实物仿真研究

铁道机车车辆 2021年第3期41卷 9-14页

作者：杨宁蒋威谢冰若黄景春中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 北京纵横机电科技有限公司北京100094 西南交通大学电气工程学院成都610031

针对电力机车牵引黏着控制算法在研发过程中难以验证的问题,从黏着力的基本原理出发,设计了黏着控制仿真模型的整体架构,对轮对动力学模型、车体动力学模型、列车阻力模型、轴重转移模型、黏着特性模型进行了数学建模,建立了由牵引控制... 详细信息

针对电力机车牵引黏着控制算法在研发过程中难以验证的问题,从黏着力的基本原理出发,设计了黏着控制仿真模型的整体架构,对轮对动力学模型、车体动力学模型、列车阻力模型、轴重转移模型、黏着特性模型进行了数学建模,建立了由牵引控制单元和实时仿真机组成的硬件在环(HIL)半实物仿真台。试验结果表明,通过建立的半实物仿真模型和介绍的仿真方法,可以有效实现对电力机车黏着控制算法测试验证的目的。

关键词：电力机车黏着控制半实物仿真轮轨模型硬件在环(HIL)

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动车组黏着控制方法研究

城市轨道交通研究 2024年第10期27卷 235-239,243页

作者：马法运张佳波苗存绪林显琦杨其林曾凡飞中车青岛四方车辆研究所有限公司青岛266031

[目的]针对动车组运行速度高、剩余加速度余量小、线路露天架设等特点,以及传统组合校正法判据提取准确性较差、转矩调节损失较多等不足,从速度采集及故障识别、判据提取、转矩调节三个方面进行分析优化,以提升动车组黏着利用。[方法]... 详细信息

[目的]针对动车组运行速度高、剩余加速度余量小、线路露天架设等特点,以及传统组合校正法判据提取准确性较差、转矩调节损失较多等不足,从速度采集及故障识别、判据提取、转矩调节三个方面进行分析优化,以提升动车组黏着利用。[方法]速度采集采用分段T法及中位值滤波方法,并对故障速度进行识别替换,以降低速度干扰或故障时对黏着控制的影响。选用加速度差值冲击率替代冲击率,并采用高通滤波器替代微分器,以减小复杂的轨面情况对黏着判据提取带来的影响。转矩调节时锁存上一触发空转/滑行时刻的转矩,并以此转矩为基准,实时计算转矩下降、上升步长;降、升转矩步长均分为10段,由大到小执行,以减小转矩损失。并以某型动车组为例进行了试验,来验证所选方法的可行性。[结果及结论]试验结果表明:在进行防空转、防滑试验的整个加、减速过程中,动轴速度偏离参考速度有限;转矩调节未有大幅度反复波动,列车冲击较小;对牵引、制动两次试验数据进行计算分析,得到牵引防空转、制动防滑行的黏着利用率均大于90%,黏着利用得到有效提升。

关键词：动车组防空转防滑行黏着控制