一种抑制矿用无人驾驶电机车车轮滑动的速度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制矿用无人驾驶电机车车轮滑动的速度控制方法，该方法在传统的永磁同步电机矢量控制基础上，将电机转速信号通过反馈项G

【技术实现步骤摘要】
一种抑制矿用无人驾驶电机车车轮滑动的速度控制方法


[0001]本专利技术属于矿山无人驾驶电机车控制
，特别涉及了抑制矿用无人驾驶电机车车轮滑动的速度控制方法。

技术介绍

[0002]电机车是煤矿辅助运输的重要运输设备，其中蓄电池电机车结构简单、操作方便、安全系数较高、噪声较小、运行稳定等优点被广泛应用于矿井的生产运输过程中。随着国家大力推进煤矿智能化发展，无人驾驶电机车在煤矿辅助运输设备中应用越来越广泛。电机车在运行过程中是通过车轮与钢轨之间的有效粘着区域来传递牵引力和制动力，因此轨面的粘着特性直接影响电机车的加速性能以及刹车性能。煤矿井下环境湿度大、粉尘多，轨面粘着力经常出现不足以维持电机车加速度以及由于外部环境变化造成轨面粘着力突然降低的情况，造成电机车车轮空转或电机车滑行现象，严重时导致电机车擦轮、擦轨甚至冲标等安全问题。
[0003]现有工程化应用的方法中，也有许多学者提出了一些防止有轨列车车轮空转的方法，如申请号为201910561030.2的专利公开的基于信号系统的列车防滑控制方法，是通过雨量传感器检测列车所处外部环境，从而改变列车的速度参考曲线，但是该方法要依赖外部加装的传感器来感知环境变化，在井下恶劣的环境中传感器的可靠性会大大降低，从而使该方法失效，申请号为202010884298.2的专利公开的列车防滑控制方法及装置是通过实时检测路况、车轮速度和列车实际速度，从而不断更改不同的防滑控制指令，该方法依赖传感器检测的路况、车轮速度和列车实际速度等信息，且计算繁琐，需不断更改速度执行指令，使得整个系统庞大而复杂，大大降低了使用的可靠性。

技术实现思路

[0004]为了解决由于粘着力随环境变化所造成的轮轨打滑现象，本专利技术提出了一种抑制矿用无人驾驶电机车车轮滑动的速度控制方法。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种抑制矿用无人驾驶电机车车轮滑动的速度控制方法，包括以下步骤：
[0007](1)在传统的永磁同步电机矢量控制基础上，将电机转速信号通过反馈项G
D
(s)引入至转速控制环的输出中，叠加在原转矩电流指令上。将电机转速信号通过反馈项G
D
(s)引入至转速控制环的输出中，叠加在原转矩电流指令上。
[0008](2)结合所构建的等效永磁同步电机运动方程基于零极点抵消方法设计转速控制器参数，避免所引入的虚拟阻尼D
vi
影响给定转速响应速度。
[0009]进一步地，在步骤(1)中，在传统的永磁同步电机矢量控制基础上，将电机转速信号通过反馈项G
D
(s)引入至转速控制环的输出中，叠加在原转矩电流指令上。该方法可以等效看作是在电机的运动方程中引入虚拟阻尼D
vi
，进而降低负载突变对电机转速的影响，从而能抑制井下电机车因轨道湿滑造成的轮轨打滑现象，达到电机车安全行驶目的，避免出
现擦轮、擦轨等安全问题。其具体分析如下：
[0010]永磁同步电机在d
‑
q参考坐标系中电压方程如下：
[0011][0012]上式中，L
d
、L
q
为定子电感；u
d
和u
q
分别为定子电压在d轴和q轴的电压分量；i
d
和i
q
分别为定子电流在d轴和q轴的电流分量；R
s
为定子电阻；ω
e
为电角速度；ψ
f
是永磁体产生的磁链；t表示时间；
[0013]将永磁同步电机d
‑
q参考坐标系中电压方程的
‑
ω
e
L
q
i
q
项和ω
e
(L
q
i
q
+Ψ
f
)项通过前馈解耦进行补偿，从定子电压给定值的q轴分量u
qref
到定子电流在q轴的电流分量i
q
的传递函数可以简化为一阶惯性环节G
pq
(s)，采用PI控制器作为电流环的控制器，将电流环PI控制器等效为一阶惯性环节G
cq
(s)：
[0014][0015][0016]上式中，T
i
为时间常数；s表示复频率。
[0017]在电机的运动方程中加入虚拟的阻尼转矩，得到本专利技术方法等效的电机运动方程：
[0018][0019]上式中，J是转动惯量；ω
m
是机械角速度；T
e
为电机输出转矩；T
L
是电机负载转矩；D
vi
为虚拟阻尼系数；t表示时间。
[0020]根据方框图等效变换原理，将虚拟阻尼项等效前移，得到控制器中需加入的虚拟阻尼项：
[0021][0022]加入虚拟阻尼后，定子电流在q轴的电流分量i
qref
至转速ω
m
的闭环传递函数：
[0023][0024]上式中，P
n
是电机极对数。
[0025]进一步地，在步骤(2)中，基于零极点抵消原理，设计速度环的PI控制器参数：
[0026][0027]上式中，K
n
为速度环的带宽；
[0028]速度环的闭环传递函数：
[0029][0030]从T
L
到输ω
m
的闭环传递函数：
[0031][0032]上式中，K1＝(3K
n
P
n
ψ
f
)/2。
[0033]进一步地，为了避免虚拟阻尼方程中微分项的噪声放大效应，在虚拟阻尼中引入一阶低通滤波器，得到新的虚拟阻尼：
[0034][0035]上式中，τ是滤波时间常数。
[0036]q轴电流给定值i
qref
至ω
m
的闭环传递函数：
[0037][0038]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0039]1、本专利技术在传统永磁同步电机矢量控制系统中引入虚拟阻尼思想，增加了控制系统的惯性，有效抑制无人驾驶电机车在井下潮湿环境中的轮轨打滑现象；
[0040]2、结合所构建的等效永磁同步电机运动方程，基于零极点抵消方法设计转速控制器参数，从而避免所引入的虚拟阻尼D
vi
影响给定转速响应速度，提高系统的响应速度；
附图说明
[0041]图1为无人驾驶电机车轮轨间车轮受力简化示意图；
[0042]图2为井下干燥轨面与潮湿轨面粘着系数
‑
蠕滑率曲线图；
[0043]图3为本专利技术的矿井电机车驱动系统总控制框图；
[0044]图4为本专利技术的矿井电机车i
d
＝0控制的永磁同步电机矢量控制系统框图；
[0045]图5为本专利技术的加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制矿用无人驾驶电机车车轮滑动的速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在传统的永磁同步电机矢量控制基础上，将电机转速信号通过反馈项G
D
(s)引入至转速控制环的输出中，叠加在原转矩电流指令上；(2)结合所构建的等效永磁同步电机运动方程基于零极点抵消方法设计转速控制器参数，避免所引入的虚拟阻尼D
vi
影响给定转速响应速度。2.根据权利要求1所述一种抑制矿用无人驾驶电机车车轮滑动的速度控制方法，其特征在于，在步骤(1)中，在传统的永磁同步电机矢量控制基础上，将电机转速信号通过反馈项G
D
(s)引入至转速控制环的输出中，叠加在原转矩电流指令上：永磁同步电机在d
‑
q参考坐标系中电压方程如下：上式中，L
d
、L
q
为定子电感；u
d
和u
d
分别为定子电压在d轴和q轴的电压分量；i
d
和i
q
分别为定子电流在轴d和q轴的电流分量；R
s
为定子电阻；ω
e
为电角速度；ψ
f
是永磁体产生的磁链；t表示时间；将永磁同步电机d
‑
q参考坐标系中电压方程的
‑
ω
e
L
q
i
q
项和ω
e
(L
q
i
q
+Ψ
f
)项通过前馈解耦进行补偿，从定子电压给定值的q轴分量u
qref
到定子电流在q轴的电流分量i
q
的传递函数简化为一阶惯性环节G
pq
(s)，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小强，叶继铭，吴富强，朱真才，张益东，刘年胜，李莹，
申请(专利权)人：徐州科瑞矿业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：