[发明专利]永磁牵引列车退磁故障容错下的电空混合制动优化方法有效
申请号: | 201510764441.3 | 申请日: | 2015-11-11 |
公开(公告)号: | CN106685303B | 公开(公告)日: | 2019-03-01 |
发明(设计)人: | 牛刚;李浩;江俊杰;黄晓帆;钱芳 | 申请(专利权)人: | 同济大学 |
主分类号: | H02P21/36 | 分类号: | H02P21/36;H02P6/34;H02P21/20 |
代理公司: | 上海正旦专利代理有限公司 31200 | 代理人: | 张磊 |
地址: | 200092 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | 本发明涉及一种永磁牵引列车退磁故障容错下的电空混合制动优化控制方法,针对永磁同步电机退磁故障所导致的电制动力矩降低、闸瓦磨耗上升、不利于制动能的回收等问题。在轨道车辆牵引阶段进行退磁状态监测,通过与不同退磁工况和载荷工况下的仿真状态特征的相似度匹配,自适应生成较优的空气制动特性曲线,从而与退化的电制动特性曲线相配合,在保证常用制动距离和最大纵向减速度的前提下,使闸瓦制动能尽可能最小。本方法适用于永磁同步电机驱动的轨道交通车辆电空混合制动控制。 | ||
搜索关键词: | 一种 永磁 牵引 列车 退磁 故障 容错 混合 制动 优化 控制 方法 | ||
【主权项】:
1.永磁牵引列车退磁故障容错下的电空混合制动优化控制方法,其特征在于考虑退磁工况和载荷工况,通过数值仿真获取电制动过程中制动力矩随速度变化的特性曲线,在此基础上空气制动力对总制动力进行补偿;所述方法包括数值仿真阶段,离线优化阶段和相似度加权匹配三个步骤,具体实施方法如下:(1)数值仿真阶段:采用三相永磁同步电机d‑q方程模型,通过不同退磁工况和载荷工况下的列车牵引阶段运行数据,所述运行数据包括时间、3个相电流、3个相电压、线速度、线位移和输出转矩,获取数据特征信息,以构成历史数据矩阵;所述载荷工况在选取空载、座客、满载和超载4种工况的基础上,在每种工况之间再等间隔插入3个载荷工况;退磁工况选取3%、6%、9%、12%、15%和18%的退磁量进行仿真;在d‑q坐标系下列出永磁同步电机定子电压的方程,如下式所示:ud=R1id+pψd‑ωψq (1)uq=R1iq+pψq+ωψd (2)其中:p是微分算子,ω是转子旋转电角速度,ψd为定子磁链直轴分量,ψq为定子磁链交轴分量;ud为定子电压直轴分量,uq为定子电压交轴分量;id为定子电压直轴分量,iq为定子电压交轴分量;R1为定子电阻;d‑q坐标系下的定子磁链方程如下式:ψd=ψf+Ldid (3)ψq=Lqiq (4)其中:定子磁链直轴分量ψd包括电枢电流直轴分量产生的电枢反应磁场Ldid和转子永磁磁场ψf两部分,定子磁链交轴分量ψq只包括电枢电流交轴分量产生的电枢反应磁场Lqiq;永磁同步电机的转矩和运动方程如式(5)、式(6)所示:![]()
其中:Te为电磁转矩,Tf为阻力转矩,J为转动惯量,np为永磁体极对数,B为阻尼系数;仿真过程在simulink或labview平台下进行,分别记录时间、3相电流、3相电压、线速度、线位移和输出转矩共计10组数据,用于离线优化;同时获取三相永磁同步电机在不同载荷工况与退磁工况下的状态特性,构成历史数据矩阵D;
其中:Mn是第n个工况下,空气弹簧所监测到的列车质量;Idn、Iqn为第n个工况下,三相电流经坐标变换后所得到的d‑q相电流;vn为列车所加速到的最高速度;tvn为加速到最高速度所用的时间;(2)离线优化阶段:将空气制动力变化的特性曲线设为关于速度的五次多项式:Fp=[k1,k2...k6]·[1,v1,v2...v5]T采用五次多项式系数为优化的对象,优化的目标是使制动闸瓦所消耗的制动能尽可能最小,同时使列车的平均减速度保证为1m/s2,最大减速度不超过紧急制动的减速度要求,即1.3m/s2;优化方程如下:
约束条件:v(t)=0S(t)<190mamax<1.3m/s2经优化后的系数构成n个工况下,建立力矩系数样本矩阵K:
其中:kmn为第n个退磁工况下m‑1次项系数;(3)相似度匹配加权阶段:将列车在途实时测得的数据与历史数据进行基于空间距离的相似度匹配后生成相似度权值,对不同工况后的力矩样本矩阵进行加权求和,所得力矩系数样本所构成的五次多项式即为此次制动过程中所需的空气制动特性;列车牵引阶段的状态向量:Yin=[Mt,Idt,Iqt,tvt,vt]T通过与历史状态矩阵D的相似度匹配,计算出相似度权值,如下式所示:![]()
上中的运算符号
代表各对象的向量之间依次做相似度运算,选取基于欧氏距离、马氏距离或曼哈顿距离空间距离的相似度,相似度计算方式如下:
利用权值向量对经过优化的力矩系数矩阵进行加权求和:kt=K·ωt=[kt1,kt2...kt6]kt所拟合的与速度相关的五次多项式,即为此次制动时所需添加的空气制动力特性曲线,使列车制动闸瓦所消耗的能量得到优化;拟合的多项式方式如下:Fpt=kt·[1,v1,v2...v5]T。
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