專利名稱：機車撒砂控制方法
技術領域：
本發明涉及一種機車撒砂控制方法，屬于鐵路機車技術領域。
背景技術：
輪對產生的輪周牽引力或制動力大于輪軌間的粘著力時車輪就會發生空轉或打滑，輪軌間的粘著力受輪軌表面狀況(軌面有凹坑、水、雪、霜、油)、線路狀況(坡道、路基、曲線、道岔)、機車軸重分配等因素的影響，并且與司機操縱方式及機車運行速度有關。空轉或打滑會使輪軌發熱、輪軌擦傷，嚴重時還會影響機車的安全運行，危害極大。輪軌之間的粘著是一個具有不確定性的復雜時變系統，最大化地利用輪軌粘著力，并且有效防止牽引空轉或制動滑行，已經成為世界鐵路機車車輛制動領域發展的方向。在防止牽引空轉方面，一種常用的方案是在機車主電路中配裝有3個差動繼電器，每個差動繼電器與兩臺牽引電機相連，以它們作為空轉信號的檢測裝置，機車正常運行時，兩臺牽引電機相連的差動繼電器兩端的電壓是平衡的。當有一個車輪發生空轉時，該車輪的牽引電機與另一個車輪的牽引電機之間的電位差就會發生變化，使差動繼電器得電，使串聯在該差動繼電器常開觸點電路中的聲光報警器接通，發出空轉報警。司機發現空轉報警后，手動撒沙、降功率。通過差動繼電器與兩臺牽引電機相連，由于牽引電動機在低速和高速情況下電機反電勢相差非常大，相同的電壓差并不能表明不同的機車速度下不同電壓等級下，牽引電機反電勢的變化率，利用電壓差并不能準確判斷牽引電機在不同機車速度下是否真的發生空轉以及發生空轉的嚴重程度，當發生嚴重的同步空轉的情況下，差動繼電器兩端電壓會十分接近，致使空轉繼電器不動作。當司機看到空轉指示燈亮之后再腳踏撒砂，同時通過手動操作削減機車牽引功率來制止空轉。這個操作過程時間比較長，而且很難把握減多少功率合適。進一步的方案是在上述基礎上，差動繼電器得電動作，在差動繼電器常開觸點電路中串入中間繼電器，利用該中間繼電器控制機車自動減載及撒沙。但是一方面如上所述，差動繼電器并不能準確判斷機車空轉；另一方面，差動繼電器控制中間繼電器，亦不能準確控制機車自動減載的大小和持續時間，很難收到良好的控制效果；再者，該方案無法實現空轉的預判并通過撒沙緩解空轉，只能實現撒沙控制與減載控制同步進行，不能最大的利用粘著牽引力。現有技術中還有一種防空轉方案，即檢測機車各個牽引電機轉速和電流，通過計算轉速差、車輪加速度、加速度微分信號及電流差、電流變化率等參數，并且設定這些參數的限定值，當超過或低于這些限制值時，即判斷為空轉，根據這些參數的大小，判斷減載率百分比及減載持續時間，并判斷是否執行撒沙及撒沙執行時間。該方案逐漸成為目前防空轉控制的主流技術方案。但是在實際應用中，存在以下很多缺點在不同機車速度、不同牽引電機電流下，不同的轉速差、車輪加速度、加速度微分值及電流差、電流變化率，機車減載率百分比、減載持續時間、撒沙執行時間存在很大差異，尤其是當空轉處于不同階段時，即使是相同的反饋參數，減載率百分比、減載持續時間、撒沙執行時間仍存在很大差異，因此，采用該技術方案，要想實時獲得合適的減載率百分比、減載持續時間、撒沙執行時間幾乎是不可能的，不是不能充分利用粘著牽引力，就是空轉不能得到有效抑制；控制系統軟件非常復雜，控制環節太多，而且各個環節相互影響，經常是調節某個環節，又給其他環節帶來影響；會給現場調試帶來相當大的難度，不斷的控制減載，空轉緩解后再加載，在此過程中，如果加載率太快，會使牽引電機的輸出轉矩處于上下波動狀態，容易引起更大的空轉，如果加載率太慢，則機車會很快因喪失足夠的牽引力而使機車速度迅速下降，甚至停在坡道上；在機車牽引電機發生空轉時，很難根據轉速差、車輪加速度、加速度微分信號及電流差、電流變化率等參數，選取合適的減載時刻、減載率百分比及減載持續時間，無法最大限度利用粘著牽引力。在防止制動滑行方面，主要是以速度差、減速度、滑移率為檢測對象，只要有一個檢測參數超過設定值，就立即降低制動力并撒砂，比如電阻制動時立即降低勵磁電流，空氣制動時對制動缸進行大量排氣。判斷滑行的依據大多以經驗公式或經驗數據值來判斷，但很難適應于不同的輪軌表面狀況、線路狀況、司機操縱方式、機車運行速度等外部條件，很難準確的判斷滑行時刻，滑行判斷提前，會使制動力損失過大，無法充分利用輪軌間的粘著，滑行判斷滯后，就會產生滑行，造成踏面擦傷，起不到防滑作用，即使判斷滑行的時刻比較準確，降低多少制動力，持續多長時間仍極難把握，很難實現既能充分利用粘著，又能防止滑行。進一步的方案是用速度差、減速度及減速度微分聯合控制，不再采用只要有一個檢測參數超過設定值，就立即降低制動力并撒砂，而是同時觀測多個參數，對粘著利用狀況進行綜合評估，然后綜合判斷滑行。滑行時刻判斷的準確度雖然有所提高，但是降低多少制動力，持續多長時間仍極難把握，很難給出一個定量的合理值，因此，難以實現既能充分利用粘著，又能防止滑行。還有一種防止制動滑行的方案是采用模糊控制法。模糊控制法不需要詳細了解防滑系統的精確數學模型，而是充分利用人的經驗，模仿人的思維方式，將人的控制經驗形式化并引入控制過程，模糊控制系統通常由輸入輸出接口、模糊控制器、執行機構、傳惑器和被控對象五個部分構成，其中模糊控制器是模糊控制系統的核心。由于模糊控制器的設計很大程度上依賴于現場人員的實際經驗，這就要求在實際過程中要大量結合實際來選擇控制量和設計控制規則。選取控制量是否合理以及控制規則的效果如何，必須編制大量的程序來進行仿真分析，或者等到控制器設計完成后通過實驗來分析驗證。顯然，這兩種方法都需要相當多的時間和精力，而且需要反復的實驗分析才能最終確定，整個過程繁瑣并且工作量較大。

發明內容
本發明的目的就是克服上述現有技術之不足，提供一種機車撒砂控制方法，最大化地利用輪軌粘著力，并且有效防止牽引空轉或制動滑行。本發明的目的是這樣實現的一種機車撒砂控制方法，其特征在于采取下列步驟Α·檢測各軸的轉速值；B.計算平均轉 速值Vavr、最大轉速值Vmax及最小轉速值Vmin;
C.計算機車速度Lspd ;D.計算轉速差給定值VDref和最大加速度給定值VAref ；E.計算轉速差撒沙控制閾值VDval=Kl X VDref，30%〈K1〈70%，加速度撒沙控制閾值 VAval=K2XVAref, 30%<K2<70% ；F.計算轉速差反饋值VDfdb=Vmax - Vavr (牽引模式),VDfdb=VavrVmin (制動模式)；G.計算各軸轉速加速度值VAfdbl VAfdbn (牽引模式)或各軸轉速減速度值VAfdbl VAfdbn (制動模式)；H.計算加速度反饋值VAfdb等于各軸轉速加速度值VAfdbl VAfdbn中的最大值(牽引模式)或減速度反饋值VAfdb等于各軸轉速減速度值VAfdbl VAfdbn中的最大值(制動1旲式);1.當 VDfdb+VDval>VDref 或 VAfdb+VAval>VAref 時，開始撒砂；為了更好地實現本發明的目的，上述步驟I中撒砂至VDfdb+VDval > VDref且VAfdb+VAval > VAref后，再延遲一段時間Tsan結束。采用本發明的方案，撒沙控制取決于轉速差和加/減速度，并且總是在減牽引力(或制動力)之前開始撒沙(由條件VDfdb+VDval >VDref及VAfdb+VAval>VAref決定)，使得通過撒沙可以緩解空轉(或滑行)時就不必要減小牽引力(或制動力)，或使牽引力(或制動力)減小率和減載時間降低。


圖1為本發明實施例的中斷子程序流程框圖。圖2為本發明實施例的牽引模式撒砂子程序流程框圖。圖3為本發明實施例的制動模式撒砂子程序流程框圖。圖4為在牽引模式下計算轉速差給定值VDref和最大加速度給定值VAref的子程序流程框圖。圖5為在制動模式下計算轉速差給定值VDref和最大減速度給定值VAref的子程序流程框圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。參看圖1。本實施例應用定時器I中斷產生IOmS定時中斷。中斷子程序首先在框1.1關閉定時器I中斷，在框1. 2清除定時器I中斷標志。然后進入框1. 3，判斷牽引指令是否為真如果是，進入框1. 4執行牽引模式撒砂子程序，然后進入框1.7 ;否則進入框1.5。在框1. 5判斷制動指令是否為真，如果是，進入框1. 6執行制動模式撒砂子程序，然后進入框1. 7 ;否則直接進入框1.7。在框1. 7打開定時器I中斷，為下一次定時器I中斷作好準備。然后中斷子程序運行結束。
參看圖2。牽引模式撒砂子程序在框1. 4.1實時檢測各軸的轉速值。在框1. 4. 2計算最大輪周線速度Vmax ;在框1. 4. 3計算平均輪周線速度Vavr,在框1. 4. 4計算機車速度Lspd=Vavr/300 (在本實施例中，機車速度Lspd的單位為km/h,輪周線速度計算值為輪周線速度實際值的300倍)，在框1. 4. 5檢測被控對象反饋值，即檢測可以反映牽引力狀況的主發機輸出電流Curr。在框1. 4. 6計算速度差給定值VDref,在框1. 4. 7計算最大加速度給定值VAref，在框1. 4. 8計算轉速差撒沙閾值VDval=VdrefXKl, 30%<K1<70%,在框1. 4. 9計算加速度撒沙閾值VAval=VAref XΚ2，30%〈Κ2〈70%，在框1. 4. 10計算速度差反饋值VDfdb=Vmax-Vavr,在框1. 4. 11計算各軸轉速加速度值VAfdbl VAfdbn。在框1. 4. 12計算加速度反饋值VAfdb。在框1. 4. 13中判斷是否VDfdb+VDval>VDref :如果是，則進入框1. 4. 16，Ts=O,然后進入框1. 4. 17，撒沙標志置1，再進入框1. 4. 21 ;否則進入框1. 4. 14。在框1. 4. 14中判斷是否VAfdb+VAval>VAref :如果是，則進入框1. 4. 16，Ts=0，然后進入框1.4. 17，撒沙標志置1，再進入框1. 4. 21 ;否則進入框1. 4. 15。在框1. 4. 13中判斷是否Ts< Tsan (Tsan取為3S):如果是，則進入框1. 4. 18，Ts=Ts+l，該子程序運行結束；否則進入框1. 4. 19，Ts=Tsan。在框1. 4. 20撒砂標志清O。在框1. 4. 21中判斷撒沙標志是否置為1:如果是，則進入框1. 4. 23撒砂繼電器吸合，該子程序運行結束；否則進入框1. 4. 22，撒砂繼電器釋放，該子程序運行結束。參看圖3。制動模式撒砂子程序在框1. 6.1實時檢測各軸的轉速值，在框1. 6. 2計算最小輪周線速度Vmin ;在框1. 6. 3計算平均輪周線速度Vavr,在框1. 6. 4計算機車速度Lspd=Vavr/300，在框1. 6. 5檢測被控對象反饋值，即檢測可以反映制動力狀況的制動電流Curr。在框1. 6. 6計算速度差給定值VDref,在框1. 6. 7最大加速度給定值VAref,在框1. 6. 8計算轉速差撒沙閾值VDval=VdrefX 50%，在框1. 6. 9計算減速度撒沙閾值VAval=VAref X 50%,在框1. 6. 10計算速度差反饋值VDfdb=Vavr-Vmin,在框1. 6. 11計算各軸轉速減速值VAfdbl VDfdbn。在框1. 6. 12計算加速度反饋值VAfdb。在框1. 6. 13中判斷是否VDfdb+VDval>VDref :如果是，則進入框1. 6. 16，Ts=0，然后進入框1. 6. 17，撒砂標志置1，再進入框1. 6. 21 ;否則進入框1. 6. 14。在框1. 6. 14中判斷是否VAfdb+VAval>VAref 如果是，則進入框1.6. 16，Ts=O,然后進入框1.6. 17，撒砂標志置1，再進入框1.6.21 ;否則進入框1. 6. 15。在框1. 6. 15中判斷是否Ts < Tsan (Tsan取為3S):如果是，則進入框
1.6. 18Ts=Ts+l,該子程序運行結束；否則進入框1. 6. 19，Ts=Tsan0在框1. 6. 20撒砂標志清O。在框1. 6. 21中判斷撒砂標志是否置為1:如果是，則進入框1. 6. 23撒砂繼電器吸合，該子程序運行結束；否則進入框1. 6. 22，撒砂繼電器釋放，該子程序運行結束。參看圖4。在牽引模式下,計算轉速差給定值VDref和最大加速度給定值VAref。在框2.1中判斷是否Lspd > 60:如果是，則進入框2. 2，VAref=800+Lspd*10 ;否則進入框2. 4。進入框2. 2后再接著進入框2. 3，VDref=600+Lspd*10,該子程序運行結束。在框
2.4中判斷是否60 > Lspd > 20 :如果是，則進入框2. 5 ;否則進入框2. 13。在框中2. 5判斷是否Curr > 2000 :如果是，則進入框2. 6，VAref=800+Lspd*10 ;否則進入框2. 8。進入框2. 6后再接著進入框2. 7，VDref=600+Lspd*10,該子程序運行結束。在框2. 8中判斷是否 2000 > Curr > 1500 :如果是，則進入框 2. 9，VAref=1000+Lspd*10 ;否則進入框 2. 11,VAref=1200+Lspd*10o進入框2. 9后再接著進入框2. 10，VDref=800+Lspd*10，該子程序運行結束。進入框2. 11后再接著進入框2. 12，VDref=1000+Lspd*10，該子程序運行結束。在框2. 13中判斷是否Curr > 2000 :如果是，則進入框2. 14，VAref=900+Lspd*5 ;否則進入框
2.16。進入框2. 14后再接著進入框2. 15，VDref=700+Lspd*5，該子程序運行結束。在框
2.16 中判斷是否 2000 > Curr > 1500 :如果是，則進入框 2. 17，VAref=900+Lspd*10 ;否則進入框2. 19。進入框2. 17后再接著進入框2. 18，VDref=700+Lspd*10，該子程序運行結束。在框 2. 19 中判斷是否 1500 > Curr > 1000 :如果是，則進入框 4. 20，VAref=900+lspd*15 ；否則進入框4. 22。進入框4. 20后再接著進入框4. 21，VDref=700+lspd*15，該子程序運行結束。在框4.22中判斷是否1000 > Curr > 800:如果是，則進入框2.23，VAref=1000+Lspd*15 ;否則進入框 2. 25，VAref=I 100+Lspd*15。進入框 2. 23 后再接著進入框2. 24，VDref=800+Lspd*15,該子程序運行結束。進入框2. 25后再接著進入框2. 26，VDref=900+Lspd*15,該子程序運行結束。參看圖5。在制動模式下，計算轉速差給定值VDref和最大減速度給定值VAref。在框3.1中判斷是否Lspd > 60:如果是，則進入框3. 2，VAref=Lspd*34_600 ;否則進入框
3.4。進入框3. 2后再接著進入框3. 3，VDref=Lspd*34-800，該子程序運行結束。在框3. 4中判斷是否60 > Lspd > 20 :如果是，則進入框3. 5 ;否則進入框3. 13。在框3. 5中判斷是否Curr > 500:如果是，則進入框3. 6，VAref=500+Lspd*15 ;否則進入框3. 8。進入框3. 6后再接著進入框3. 7，VDref=300+Lspd*15，該子程序運行結束。在框3. 8中判斷是否500 > Curr
>300 :如果是，則進入框 3. 9，VAref=700+Lspd*15 ;否則進入框 3. 11，VAref=800+Lspd*15。進入框3. 9后再接著進入框3. 10，VDref=500+Lspd*15，該子程序運行結束。進入框3. 11后再接著進入框3. 12，VDref=600+Lspd*15，該子程序運行結束。在框3. 13中判斷是否Curr
>500 :如果是，則進入框3. 14，VAref=800 ;否則進入框3. 16。進入框3. 14后再接著進入框3. 15，VDref=600，該子程序運行結束。在框3. 16中判斷是否500 > Curr > 300 :如果是，則進入框3. 17，VAref=900 ;否則進入框3. 19，VAref=IOOO0進入框3. 17后再接著進入框3. 18 ,VDref=700，該子程序運行結束。進入框3. 19后再接著進入框3. 20，VDref=800，該子程序運行結束。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1. 一種機車撒砂控制方法，其特征在于采取下列步驟 A.檢測各軸的轉速值； B.計算平均轉速值Vavr、最大轉速值Vmax及最小轉速值Vmin; C.計算機車速度； D.計算轉速差給定值VDref和最大加速度給定值VAref，VDref和VAref是減牽引力設置值，既當VDfdbXVDref或VAfdbXVAref時,減牽引力(牽引模式)或減制動力(制動模式)； E.計算轉速差撒沙控制閾值VDval=KlX VDref，30%<K1<70% ;加速度撒沙控制閾值VAval=K2XVAref, 30%<K2<70% ； F.計算轉速差反饋值VDfdb=Vmax- Vavr (牽引模式)，VDfdb=Vavr-Vmin (制動模式)； G.計算各軸轉速加速度值VAfdbl VAfdbn(牽引模式)或各軸轉速減速度值VAfdbl VAfdbn (制動模式); H.計算加速度反饋值VAfdb等于各軸轉速加速度值VAfdbl VAfdbn中的最大值(牽引模式)或減速度反饋值VAfdb等于各軸轉速減速度值VAfdbl VAfdbn中的最大值(制動模式)；1.當VDfdb+VDval>VDref 或 VAfdb+VAval>VAref 時，開始撒砂。
2.根據權利要求1所述的機車撒砂控制方法，其特征在于所述步驟I中撒砂至VDfdb+VDval VDref 且 VAfdb+VAval VAref 后，再延遲一段時間 Tsan 結束。
全文摘要
本發明的一種機車撒砂控制方法，檢測機車速度，計算轉速差給定值VDref和最大加速度給定值VAref；計算轉速差撒沙控制閾值VDval=K×VDref，計算加速度撒沙控制閾值VAval=K×VAref,30%<K<70%；檢測各軸的轉速值；計算轉速差反饋值VDfdb、加速度(牽引模式)或減速度(制動模式)反饋值VAfdb，當VDfdb+VDval>VDref或VAfdb+VAval>VAref時，開始撒砂至VDfdb+VDval≯VDref 且VAfdb+VAval≯VAref后，再延遲一段時間Tsan結束。撒沙控制取決于轉速差和加/減速度，并且總是在減牽引力(或制動力)之前進行，最大化地利用輪軌粘著力，并且有效防止牽引空轉或制動滑行。
文檔編號B61C15/10GK103057552SQ20121054052
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者蔡志偉, 程顯偉, 高磊 申請人:中國北車集團大連機車車輛有限公司