文档介绍：基于干扰观测器考虑转向架振动的防滑再粘着控制
(洋介清水,清大石,隆佐野,忍安川,孝文户籍)
长冈技术科学大学,电气工程学院东京大学
东洋电机制造有限公司神奈川县横滨市236-0064,日本
关键词
铁路车辆,估计技术,控制驱动器,感应电机,无线传感器的矢量控制。
摘要
为了抑制滑移现象,我们已经提出了基于干扰观测器的防滑再粘着控制系统,而且我们确认这系统驱动器具有高附着力的的利用率。但是,这种系统没有考虑实际电力机车转向架的振动现象,切向力的大小受转向架振动的影响。因此,驱动控制系统不能确定适当的电机转矩作为参考,有时甚至减少粘附力的利用率。本文考虑转向架系统的谐振频率提出了一种新的基于干扰观测器的防滑再粘着控制系统。
为了证明了该方法的有效性提出了防滑再粘着控制系统,本文证实了利用数值模拟了该系统的有效性。本文通过使用具有无线传感器矢量控制系统4M1C动力车模型数值仿真模拟显示结果。作为结果,建议扰动观测是有效的振动估计抑制切向力。数值模拟结果指出,拟议的附着力控制方法具有良好的加速性能。
简介
由多个单元组成的电动市郊列车在人口众多的大城市是很有用的运输工具。高加速度和通勤列车制动性能都需要高效率的集体运输工具实现。一般来说,切向力的电动火车车轴重量,功能和铁路之间的切向力和带动系数轮。切向力系数的特点是强烈影响铁轨条件和驱动轮,如潮湿,灰尘,油污等。当切向力系数下降,产生动力车轮的打滑现象。当火车有滑移现象,便影响车辆的加速性能和制动性能。此外,铁路和驱动轮有一些磨损。因此,电动火车的驾驶系统应该有一个好的防滑再粘着控制系统。
图1. JR-East 线205-5000系列市郊列车
为了抑制滑移现象,我们已经提出在防滑再粘着控制系统的干扰观测控制的基础上。我们已经证实,这套系统驱动高附着力利用率列车。我们已应用该方法的实际电动多个单位,这是205-5000系列(如图1所示[东日本铁路公司])。这些列车舒适的驾驶性能。当驾驶车轮打滑现象生成,降低牵引电机的扭矩,以抑制其下滑的现象。在电机转矩的幅度取决于利用扰动观测到的切向力的大小。切向力的估计对转向架振动产生影响。因此,切向力估算不能有一个具体值。
过去,提出了系统的振动现象不考虑实际转向架动力学电动通勤列车。当电力机车运行的轨道连接点,它已经转向架的振动现象。它使估计的切向力强迫振动。因此,驾驶控制系统不能确定适当的扭矩作为参考,有时降低最高切向力的利用率。为了提高控制系统防滑再粘着的振动现象,结合实际转向架系统,本文提出了一种新的控制系统--基于扰动观测器考虑转向架系统的共振频率的防滑再粘着控制系统。
滑移现象和切向力估测
电动列车依靠动力车轮和铁轨间的切向力运动。。此外,它由四个驱动轮和两个异步电动机(如图3)所示带动的转向架。它有一些共振频率。
起初,这篇文章作出了切向力估算模型,然后设计了防滑再粘着控制系统。电动火车的运动方程是从(1)至(4)式。(1)是机车车辆的运动,以及(3)描述了电动火车动力车轮的运动。在(3)中,F·r是轮子转矩对应的铁轨和驱动轮间的切向力,如图4所示。
图2 电动列车的总体结构

图3电动列车的转向架图4 单个车轮的模型
这里:
M---车轮的重量
vt---列车的牵引速度
F---切向力
Fd(vt)---列车的运行阻力
µ(vs)---切向力系数
W---列车的轴重
g---重力加速度
J---车轮的转动惯量
ωd---车轮的角速度
τ---车轮扭矩
r---车轮半径
vs---滑移速度
vd---车轮速度(vd=r*ωd)
对电机转速公式是(5)式。τL是异步电动机的负载转矩对应于铁轨和驱动轮之间的切向力, 如式(6)所示。使用公式(3),本文得出了重要运动方程,如图7所示。因此普通的扰动观测器估计电机负载转矩τL、切向力F,如图8所示。普通的扰动观测器划分为零级扰动,估计观察者扰动力矩。
这里:
Jm---电机惯性力矩
ωm---电机的角速度
τm---电机的名义转矩
τL---电机的实际转矩
ˆτL---电机的估计负载转矩
ˆF---估计的切向力
Rg---齿轮装置传动比
切向力系数μ是一个滑动速度vs的函数,如图5所示。最大切向力是由最大切向力系数µmax决定的。最大切向力系数µmax叫做粘着系数。当电动火车驱动轮的扭矩τ超过最大切向力时,电动火车有滑移现象。因此,再粘着控制系统应形成对电机扭矩和粘着的控制。
基于干扰观测器的再粘着控制系统和无线传感器的矢量控制
理想化的防滑再粘着控制应该在最大切向力处保持接近切向力。通常,电动火车的驾驶系统具有低转速(60脉冲/转)的速度传感器。为了迅速抑制下滑的