時(shí)速160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組加減載率控制策略

吳北臻 盧舒寧

摘 要：為了滿足時(shí)速160公里動(dòng)力集中電動(dòng)車組動(dòng)力車牽引制動(dòng)功能的要求，以保證動(dòng)力車具有優(yōu)越的操控性能，我們開發(fā)了一套新的控制方案。通過上百次靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，試運(yùn)行進(jìn)行在線調(diào)參，最終形成了一個(gè)完整的加減載率控制策略。新的加減載率控制策略在動(dòng)車組全速度范圍內(nèi)能夠把誤差范圍控制的很小，極大的提升了司機(jī)對(duì)動(dòng)車組的操控感。

關(guān)鍵詞：FXD3-J，牽引控制，定速控制，轉(zhuǎn)矩模式，過分相

1、前言

2、 主要功能

列車牽引模式包括兩種，分別為：速度模式和轉(zhuǎn)矩模式。新的牽引制動(dòng)加減載控制策略分別在速度模式和轉(zhuǎn)矩模式下進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在定速工況下能夠?qū)崿F(xiàn)全速度范圍內(nèi)正負(fù)1.5km/h的誤差，小于標(biāo)準(zhǔn)250km/h動(dòng)車組要求的正負(fù)2.0km/h，在轉(zhuǎn)矩模式下實(shí)現(xiàn)了更好的交互性，提升了司機(jī)對(duì)動(dòng)車組的操控感；并且優(yōu)化了過分相工況下的牽引制動(dòng)控制。

3、 具體設(shè)計(jì)方案

VCU下發(fā)牽引指令P、電制指令B、轉(zhuǎn)矩計(jì)算值T給變流器。PB指令切換需滿足T減小為0后執(zhí)行。整車運(yùn)行模式分為速度模式、力矩模式。VCU程序輪詢周期為50ms。

速度模式下：牽引、電制力根據(jù)目標(biāo)速度與實(shí)際速度的差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)輸出全車牽引、電制力給TCU，不調(diào)用加減載率函數(shù)。PI控制器為增量式PI函數(shù)：

ContrlOutput ：= ContrlHistory + （kp+ki） * CurrError - kp * PrevError；

式中：kp=20，ki=0.05。

力矩模式下：牽引、電制力為司控器級(jí)位百分比對(duì)應(yīng)牽引、電制力。調(diào)用加減載率函數(shù)進(jìn)行控制。加減載步長(zhǎng)為變化值。步長(zhǎng)計(jì)算根據(jù)每個(gè)輪詢周期內(nèi)牽引力目標(biāo)值與實(shí)際按步長(zhǎng)增加的牽引力值的差值進(jìn)行控制。差值越大，步長(zhǎng)越大，具體變化值如圖1、2：

圖1 牽引工況加減載分段斜率

當(dāng)動(dòng)車組處于速度模式或力矩模式下，網(wǎng)絡(luò)識(shí)別到牽引或電制封鎖條件后，會(huì)將牽引力計(jì)算值立即清零，然后牽引P或電制B指令清零。

當(dāng)動(dòng)車組處于速度模式下，同時(shí)PI調(diào)節(jié)當(dāng)前為牽引工況，觸發(fā)空電聯(lián)合牽引力T立即清零，然后牽引P或電制B指令清零。

當(dāng)動(dòng)車組處于速度模式下，同時(shí)PI調(diào)節(jié)當(dāng)前為電制工況，觸發(fā)空電聯(lián)合則，電制力為PI調(diào)節(jié)輸出值與制動(dòng)級(jí)位百分比轉(zhuǎn)化的電制力計(jì)算值的較大值輸出。同時(shí)執(zhí)行加減載率函數(shù)。

當(dāng)動(dòng)車組處于速度或力矩模式下，網(wǎng)絡(luò)接收到過分相預(yù)警信號(hào)，以當(dāng)前牽引或電制力為基準(zhǔn)，開始進(jìn)行牽引/制動(dòng)力的卸載，在機(jī)車達(dá)到“強(qiáng)迫”點(diǎn)之前，牽引/制動(dòng)力卸載為零，斜率的卸載與機(jī)車的當(dāng)前速度和牽引/制動(dòng)力有關(guān)。

圖2 電制工況加減載分段斜率

實(shí)時(shí)卸載的計(jì)算公式如下：K=F/T

其中F為當(dāng)前機(jī)車的實(shí)時(shí)牽引/制動(dòng)力，T為當(dāng)前速度下，到斷主斷標(biāo)識(shí)牌所需要的時(shí)間.

T的取值為：T=（S1-S2）/V

其中S1為設(shè)定的分相距離，S2為收到預(yù)告信號(hào)后機(jī)車的運(yùn)行距離。

4、 經(jīng)濟(jì)效益分析

新的牽引制動(dòng)加減載控制策略搭建了電力機(jī)車/動(dòng)車組微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)新平臺(tái)，強(qiáng)大的性能指標(biāo)使得這套策略能夠廣泛地應(yīng)用于國鐵電力機(jī)車、出口車、動(dòng)車組等后續(xù)車型上，具有劃時(shí)代的戰(zhàn)略意義。

5、 結(jié)束語

新的牽引制動(dòng)加減載控制策略分別在速度模式和轉(zhuǎn)矩模式下進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在定速工況下能夠?qū)崿F(xiàn)全速度范圍內(nèi)正負(fù)1.5km/h的誤差，小于標(biāo)準(zhǔn)250km/h動(dòng)車組要求的正負(fù)2.0km/h，在轉(zhuǎn)矩模式下實(shí)現(xiàn)了更好的交互性，提升了司機(jī)對(duì)動(dòng)車組的操控感，并且優(yōu)化了過分相工況下的牽引制動(dòng)控制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫少婧.動(dòng)力集中動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.鐵道機(jī)車與動(dòng)車.2014

[2] 李新.HXD3C型電力機(jī)車自主化控制與監(jiān)視系統(tǒng)（TCMS）研究與實(shí)現(xiàn).鐵道機(jī)車車輛.2016