[发明专利]一种重载机车滑模极值搜索最优粘着控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种重载机车滑模极值搜索最优粘着控制系统及方法，可实现重载机车粘着控制。其中所述重载机车粘着控制模块，包括：超螺旋滑模控制器、微分跟踪器、负载转矩和粘着系数观测器、滑模极值搜索单元可实现重载机车牵引电机转矩的动态闭环控制。在重载机车电机模型矢量控制基础上，结合滑模极值搜索方法，设计粘着系数观测器，实时估测出轮轨粘着系数，使机车在外界复杂环境下运行于最佳粘着点附近，有效发挥了牵引电机功率，实现了重载机车的最优粘着控制，可广泛应用于重载机车最优粘控制的场合。

技术领域

本发明提供了一种重载机车粘着控制系统及方法，尤其涉及了一种重载机车滑模极值搜索最优粘着控制方法。

背景技术

随着我国货运运输量的不断增加，重载铁路运输发挥着越来越重要的作用。重载铁路运输相对客运列车相比，要求重载机车能够提供更大的牵引力和制动力，机车牵引力和制动力是靠机车轮对和钢轨间接触面之间的粘着力实现的。若外界环境突变，会导致粘着利用率下降，可能会发生粘着异常，机车牵引力便会大于粘着力，机车发生空转，导致粘力不能充分利用，危害到机车运行。

滑模极值搜索控制是一种在线不断寻优方法，在不知道性能函数和搜索变量条件下，仍能使系统输出最大值。运用滑模极值搜索算法，对蠕滑速度实时寻优，控制轮轨间的粘着力获得最优值，克服重载机车在运行过程中粘着利用率偏低的实际问题，实时对重载机车转矩进行控制，实现了机车的最优粘着利用，提高了机车的牵引转矩性能。

发明内容

本发明提供了一种重载机车粘着控制系统及方法，结合滑模极值搜索算法，解决重载机车最优粘着控制问题。

本发明提供了一种重载机车滑模极值搜索最优粘着控制系统及方法，所述方法包括：

步骤1，设计超螺旋滑模控制器，输出控制转矩T_m；

式中，J_m为电机转动惯量，R_g为轮传动比，J为轮对转动惯量，F_μ为牵引电机产生的牵引力，M为重载机车整车重量，F_d为运行阻力，为最佳蠕滑速度微分，γ₁、γ₂为控制器待设计参数，σ为设计滑模面；

步骤2，由输出控制转矩T_m、负载转矩和粘着观测器计算的反馈转矩信号做差输入到转矩控制器；

步骤3，坐标变换单元根据信号采集单元的输出信号u_ab、u_bc、i_ab、i_bc输出dq轴电流i_d、i_q；

步骤4，负载转矩和粘着系数观测器根据dq轴电流i_d、i_q，轮对速度v_d，计算输出转矩反馈信号形成了转矩的动态闭环控制；

步骤5，滑模极值搜索单元根据粘着系数观测值轮对速度v_d、车体速度v_t，输出机车最佳蠕滑速度

步骤6，微分跟踪器根据最佳蠕滑速度计算输出最佳蠕滑速度微分值

步骤7，根据控制器输出dq电压信号u_α、u_β，产生三相占空比可调的SVPWM调制波，SVPWM输出信号作为三相桥式逆变电路的开关通断控制信号。

进一步的，步骤4的具体过程为：

步骤4.1，设计全维状态观测器，满足：

计算可得其中，ω_m为电机角速度，W重载机车轴重，g为重力加速度；