時速160公里動力集中動車組加減載率控制策略

吳北臻 盧舒寧

摘 要：為了滿足時速160公里動力集中電動車組動力車牽引制動功能的要求，以保證動力車具有優越的操控性能，我們開發了一套新的控制方案。通過上百次靜態實驗，試運行進行在線調參，最終形成了一個完整的加減載率控制策略。新的加減載率控制策略在動車組全速度范圍內能夠把誤差范圍控制的很小，極大的提升了司機對動車組的操控感。

關鍵詞：FXD3-J，牽引控制，定速控制，轉矩模式，過分相

1、前言

2、 主要功能

列車牽引模式包括兩種，分別為：速度模式和轉矩模式。新的牽引制動加減載控制策略分別在速度模式和轉矩模式下進行了優化設計。在定速工況下能夠實現全速度范圍內正負1.5km/h的誤差，小于標準250km/h動車組要求的正負2.0km/h，在轉矩模式下實現了更好的交互性，提升了司機對動車組的操控感；并且優化了過分相工況下的牽引制動控制。

3、 具體設計方案

VCU下發牽引指令P、電制指令B、轉矩計算值T給變流器。PB指令切換需滿足T減小為0后執行。整車運行模式分為速度模式、力矩模式。VCU程序輪詢周期為50ms。

速度模式下：牽引、電制力根據目標速度與實際速度的差值進行PI調節輸出全車牽引、電制力給TCU，不調用加減載率函數。PI控制器為增量式PI函數：

ContrlOutput ：= ContrlHistory + （kp+ki） * CurrError - kp * PrevError；

式中：kp=20，ki=0.05。

力矩模式下：牽引、電制力為司控器級位百分比對應牽引、電制力。調用加減載率函數進行控制。加減載步長為變化值。步長計算根據每個輪詢周期內牽引力目標值與實際按步長增加的牽引力值的差值進行控制。差值越大，步長越大，具體變化值如圖1、2：

圖1 牽引工況加減載分段斜率

當動車組處于速度模式或力矩模式下，網絡識別到牽引或電制封鎖條件后，會將牽引力計算值立即清零，然后牽引P或電制B指令清零。

當動車組處于速度模式下，同時PI調節當前為牽引工況，觸發空電聯合牽引力T立即清零，然后牽引P或電制B指令清零。

當動車組處于速度模式下，同時PI調節當前為電制工況，觸發空電聯合則，電制力為PI調節輸出值與制動級位百分比轉化的電制力計算值的較大值輸出。同時執行加減載率函數。

當動車組處于速度或力矩模式下，網絡接收到過分相預警信號，以當前牽引或電制力為基準，開始進行牽引/制動力的卸載，在機車達到“強迫”點之前，牽引/制動力卸載為零，斜率的卸載與機車的當前速度和牽引/制動力有關。

圖2 電制工況加減載分段斜率

實時卸載的計算公式如下：K=F/T

其中F為當前機車的實時牽引/制動力，T為當前速度下，到斷主斷標識牌所需要的時間.

T的取值為：T=（S1-S2）/V

其中S1為設定的分相距離，S2為收到預告信號后機車的運行距離。

4、 經濟效益分析

新的牽引制動加減載控制策略搭建了電力機車/動車組微機網絡系統的一個新平臺，強大的性能指標使得這套策略能夠廣泛地應用于國鐵電力機車、出口車、動車組等后續車型上，具有劃時代的戰略意義。

5、 結束語

新的牽引制動加減載控制策略分別在速度模式和轉矩模式下進行了優化設計。在定速工況下能夠實現全速度范圍內正負1.5km/h的誤差，小于標準250km/h動車組要求的正負2.0km/h，在轉矩模式下實現了更好的交互性，提升了司機對動車組的操控感，并且優化了過分相工況下的牽引制動控制。

參考文獻：

[1] 孫少婧.動力集中動車組牽引傳動系統設計研究.鐵道機車與動車.2014

[2] 李新.HXD3C型電力機車自主化控制與監視系統（TCMS）研究與實現.鐵道機車車輛.2016