一种重载机车智能撒砂控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种重载机车智能撒砂控制系统及控制方法，智能撒砂控制系统包括二型模糊撒砂系统模块、牵引空转降速模块和撒砂综合判定模块，其中：所述二型模糊撒砂系统模块的输入为机车速度、蠕滑速度和轮缘加速度，输出为撒砂倾向值；所述牵引空转降速模块的输入为机车速度、牵引状态、空转信号和转矩指令，输出为空转降速信号；所述撒砂综合判定模块的输入为机车速度、空转降速信号和撒砂倾向值数据，输出为撒砂信号，用于控制撒砂设备。针对重载机车复杂的运行工况和运行环境本发明专利技术具有适应性强的特点，比传统撒砂方法撒砂控制信号更及时、准确和可靠。

An Intelligent Sanding Control System and Control Method for Heavy Load Locomotive

The invention discloses an intelligent sanding control system and control method for heavy-haul locomotive. The intelligent sanding control system includes a model 2 Fuzzy sanding system module, a traction idling speed reduction module and a sanding comprehensive judgment module. The input of the model 2 Fuzzy sanding system module is locomotive speed, creep speed and wheel edge acceleration, and the output is a sanding tendency value. The input of the speed module is locomotive speed, traction state, idle signal and torque instruction, and the output is idle deceleration signal. The input of the sand scattering comprehensive judgment module is locomotive speed, idle deceleration signal and sand scattering tendency data, and the output is sand scattering signal, which is used to control sand scattering equipment. In view of the complex operating conditions and operating environment of heavy haul locomotives, the present invention has strong adaptability and is more timely, accurate and reliable than the control signal of traditional sand casting method.

【技术实现步骤摘要】
一种重载机车智能撒砂控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种重载机车智能撒砂控制系统及控制方法。
技术介绍
在重载机车运行过程中，其牵引力与制动力的形成依赖于轮轨间的粘着。轮轨粘着性能受到诸多因素的影响，比如冰、雪、雨、树叶、油脂等，这些因素会使轮轨间的粘着急剧下降。在轮轨干燥、清洁的情况下，轮轨间的粘着力能够保证机车牵引力与制动力的发挥，而在轨面湿滑或有污染物的情况下，通常不能满足重载机车牵引力与制动力发挥的要求，需要在轮轨间喷撒砂粒提高轮轨间的粘着，撒砂的可靠性、及时性和准确性对改善轮轨间的粘着非常重要。目前大多数撒砂控制主要通过两种方式实现：1机车司机手动控制撒砂；2牵引控制系统自动控制撒砂。司机手动控制撒砂由于是人工完成，因此可能会造成撒砂不及时，或者在粘着状态恢复后继续撒砂造成浪费的情况。由于牵引控制系统的响应时间是毫秒级，因此可以实现快速、准确撒砂。目前牵引控制系统自动撒砂方法主要有：1)基于车轮加/减速度阈值的撒砂方法。依靠车轮加/减速度阈值判定是否撒砂，当车轮加/减速度超过一定阈值后开始撒砂。这种方法容易受到机车振动、线路不平稳等情况的影响。2)基于蠕滑速度阈值的撒砂方法。采用蠕滑速度进行判断是否撒砂，当蠕滑速度超过一定值则启动撒砂动作。由于在机车运行过程中，蠕滑速度是间接得到的，如果出现所有车轮同时空转或滑行时，蠕滑速度将出现偏差，影响撒砂判断的准确性。3)利用空转/滑行信号撒砂方法。通过空转/滑行信号进行判断撒砂，这需要依靠空转或滑行信号的准确性，如果空转/滑行信号判断不准确，或者判断过程有延时都会造成撒砂的不准确。4)基于层次分析法的撒砂方法。通过层次分析法，采用蠕滑速度、车速、轮缘加速度进行加权判断，这种方法建立在模型和权重的精确性上，由于机车运行环境复杂多变，轮轨粘着状态模型无法精确建立，在不同运行状况中可能达不到良好撒砂的效果。针对现有撒砂控制方法的问题，本专利技术结合二型模糊系统具有不确定性处理能力强、不需要控制系统精确模型、易于融入专家知识等特点，设计了一种重载机车智能撒砂控制方法。将机车速度、蠕滑速度、轮缘加速度作为二型模糊控制系统的输入，通过模糊系统推理获得撒砂倾向值。同时结合牵引空转降速信号综合判定得到机车撒砂信号，自动控制撒砂系统进行撒砂。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提出了一种重载机车智能撒砂控制系统及控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种重载机车智能撒砂控制系统，包括二型模糊撒砂系统模块、牵引空转降速模块和撒砂综合判定模块，其中：所述二型模糊撒砂系统模块的输入为机车速度、蠕滑速度和轮缘加速度，输出为撒砂倾向值；所述牵引空转降速模块的输入为机车速度、牵引状态、空转信号和转矩指令，输出为空转降速信号；所述撒砂综合判定模块的输入为机车速度、空转降速信号和撒砂倾向值数据，输出为撒砂信号，用于控制撒砂设备。本专利技术还提供了一种重载机车智能撒砂控制方法，所述撒砂综合判定模块进行判断的流程如下：步骤1、判断机车速度v是否在低速阈值vmin和高速阈值vmax之间，若是则继续下一步，否则程序结束；步骤2、判断撒砂倾向值H是否大于设定阈值Ho，若是则输出撒砂信号，否则进行下一步；步骤3、判断牵引空转降速信号是否为1，若是则进行下一步，否则程序结束；步骤4、输出撒砂信号，程序结束。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：本专利技术基于二型模糊系统设计智能撒砂控制器，选取机车速度、蠕滑速度、轮缘加速度作为二型模糊系统的输入，输出为撒砂倾向值。如果撒砂倾向值大于设定值，且机车速度在规定撒砂范围内，结合空转降速信号综合判定输出撒砂信号，完成重载机车的自动撒砂控制。本专利技术的技术效果具体表现如下：1)本专利技术提出了一种基于二型模糊系统的智能撒砂控制方法。由于二型模糊系统具有不需要控制系统精确模型、不确定性处理能力强、易于融入专家知识和经验等特点，因此本方法针对重载机车复杂的运行工况和运行环境的适应性比传统方法更强。2)本专利技术综合牵引空转降速工况判断撒砂，通常重载机车在长大坡道上运行，如果轮轨间的粘着较差，即使机车牵引力指令值很大，由于可用粘着力的限制，整个列车可能不断降速。这种情况一定要撒砂，避免出现坡停事故。本专利技术将此工况独立出来判断撒砂。3)本专利技术采用机车速度、蠕滑速度、轮缘加速度、空转降速信号作为撒砂控制信号的判断依据，比传统撒砂方法可靠。4)本专利技术将二型模糊撒砂系统和牵引空转降速系统输出进行综合判定来输出撒砂控制信号，比传统撒砂方法及时、准确。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为智能撒砂控制系统结构图；图2为机车速度语言变量隶属函数；图3为蠕滑速度语言变量隶属函数；图4为轮缘加速度语言变量隶属函数；图5为输出语言变量隶属函数；图6为牵引空转降速判断流程图；图7为综合撒砂判断流程。具体实施方式本专利技术根据机车车速、蠕滑速度和轮缘加速度作为二型模糊系统的输入，建立一个模糊撒砂控制系统，通过该模糊控制系统输出撒砂倾向值，再结合空转降速信号综合判定撒砂信号。智能撒砂控制系统结构如图1所示，包括：二型模糊撒砂系统模块：根据输入机车速度、蠕滑速度和轮缘加速度数据，得出撒砂倾向值。牵引空转降速模块：根据输入机车速度、牵引状态、空转信号和转矩指令数据，得出牵引空转降速信号。撒砂综合判定模块：根据输入机车速度、牵引空转降速信号、撒砂倾向值数据，得出撒砂信号，控制撒砂设备。1二型模糊撒砂系统模块模糊控制能有效处理不精确、不确定的信息，由于一型模糊的隶属度函数是精确的，不能更好地解决复杂的机车运行环境和数据干扰等信息，而二型模糊将一型模糊精确的隶属度函数再次划分为模糊集合，给隶属度函数以更大的自由度，且在描述非线性、不确定性、复杂性系统方面具有更好的效果，故采用二型模糊系统设计智能撒砂控制方法能够有效提高撒砂动作的可靠性和准确性。步骤1二型模糊撒砂系统模型的设计。1.1设计二型模糊撒砂系统的输入变量(a)机车速度在机车运行过程中，很难获取机车的准确速度，一般根据以下方法估计机车速度：当机车处于牵引状态时，机车速度为：vt＝min(v1,v2,…,vn)(1)当机车处于制动状态时，机车速度为：vt＝max(v1,v2,…,vn)(2)上式中，vi是各轴轮对转速，n是机车的轴数(重载机车通常为6轴、8轴、12轴)。(b)蠕滑速度在机车运行过程中，车轮与钢轨之间会产生很小的滑动，这种现象称之为蠕滑，蠕滑速度表达如下：上式中，ω是车轮角速度，r是车轮半径，vs是蠕滑速度。(c)轮缘加速度轮对旋转运动的公式如下：上式中，J是转动惯量，T是牵引转矩，TL是负载转矩，Fμ是轮轨之间的粘着力。则轮缘加速度为：采用所述的二型模糊撒砂系统，包括如下步骤：1.2输入变量的模糊划分根据专家经验和实际运用数据，设计输入变量机车速度、蠕滑速度、轮缘加速度的模糊语言变量。机车速度vt:模糊子集为小(S)、中(M)、大(B)，论域选取为[0,120]km/h，语言变量的二型隶属函数如图2所示。蠕滑速度vs:模糊子集为小(S)、中(M)、大(B)，论域选取为[0,20]km/h，语言变量的二型隶属函数如图3所示的。轮缘加速度|As|:模糊子集为小(S)、中(M)、大(B)，论域选取为[0,5]本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重载机车智能撒砂控制系统，其特征在于：包括二型模糊撒砂系统模块、牵引空转降速模块和撒砂综合判定模块，其中：所述二型模糊撒砂系统模块的输入为机车速度、蠕滑速度和轮缘加速度，输出为撒砂倾向值；所述牵引空转降速模块的输入为机车速度、牵引状态、空转信号和转矩指令，输出为空转降速信号；所述撒砂综合判定模块的输入为机车速度、空转降速信号和撒砂倾向值数据，输出为撒砂信号，用于控制撒砂设备。

【技术特征摘要】
1.一种重载机车智能撒砂控制系统，其特征在于：包括二型模糊撒砂系统模块、牵引空转降速模块和撒砂综合判定模块，其中：所述二型模糊撒砂系统模块的输入为机车速度、蠕滑速度和轮缘加速度，输出为撒砂倾向值；所述牵引空转降速模块的输入为机车速度、牵引状态、空转信号和转矩指令，输出为空转降速信号；所述撒砂综合判定模块的输入为机车速度、空转降速信号和撒砂倾向值数据，输出为撒砂信号，用于控制撒砂设备。2.根据权利要求1所述的一种重载机车智能撒砂控制系统，其特征在于：所述二型模糊撒砂系统模块对实时输入的机车速度、蠕滑速度和轮缘加速度数据采用单点模糊化方法得到其语言变量，再利用模糊推理规则进行推理运算得到输出语言变量，然后进行降型运算和解模糊化处理得到撒砂倾向值。3.根据权利要求2所述的一种重载机车智能撒砂控制系统，其特征在于：对所述输入变量进行如下模糊设计：(1)机车速度：根据专家经验和实际运用数据，将机车速度划分为小(S)、中(M)、大(B)三个模糊子集，论域为[0，120]km/h，并确定其语言变量的二型隶属函数；(2)蠕滑速度：根据专家经验和实际运用数据，将蠕滑速度划分为小(S)、中(M)、大(B)三个模糊子集，论域为[0，20]km/h，并确定其语言变量的二型隶属函数；(3)轮缘加速度：根据专家经验和实际运用数据，将机车速度划分为小(S)、中(M)、大(B)三个模糊子集，论域为[0，5]m/s2，并确定其语言变量的二型隶属函数。4.根据权利要求2所述的一种重载机车智能撒砂控制系统，其特征在于：对所述输出语言变量划分为最小(NS)，次小(NM)，中(M)，次大(PM)，最大(PB)五个模糊子集合，范围在0～1之间，隶属函数根据专家经验和实际运用数据确定。5.根据权利要求2所述的一种重载机车智能撒砂控制系统，其特征在于：所述模糊推理规则根据已有的机车速...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄景春，文小康，刘安君，康灿，邓雯琪，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51