[发明专利]高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法

权利要求书

1.一种高速列车车轮空转状态下牵引电机的同步控制方法，其特征在于：包括中央处理模块(1)和多个牵引控制模块(2)；所述中央处理模块(1)包括：中央通信模块(11)、速度给定模块(12)、速度处理模块(13)、空转电机速度处理模块(14)、相邻交叉耦合模块(15)、同步误差控制模块(16)和空转电机控制量调整模块(17)；所述牵引控制模块(2)包括：牵引通信模块(21)、比较模块(22)、误差跟踪控制器(23)、控制信号叠加模块(24)、电机驱动装置(25)、牵引电机(26)和速度检测模块(27)；所述同步误差控制模块(16)包括2个空转电机同步误差控制器和多个常态电机同步误差控制器组，所述多个常态电机同步误差控制器组与多个牵引电机(26)一一对应，单个常态电机同步误差控制器组包括2个常态电机同步误差控制器；

所述速度给定模块(12)分别与中央通信模块(11)和速度处理模块(13)二者连接，速度处理模块(13)与中央通信模块(11)连接，空转电机速度处理模块(14)与速度处理模块(13)连接，相邻交叉耦合模块(15)分别与速度处理模块(13)和空转电机速度处理模块(14)二者连接，同步误差控制模块(16)与相邻交叉耦合模块(15)连接，空转电机控制量调整模块(17)分别与同步误差控制模块(16)、空转电机速度处理模块(14)和速度处理模块(13)三者连接，空转电机控制量调整模块(17)和同步误差控制模块(16)二者均与中央通信模块(11)连接；

所述速度检测模块(27)与牵引电机(26)连接，牵引电机(26)与电机驱动装置(25)连接，电机驱动装置(25)与控制信号叠加模块(24)连接，控制信号叠加模块(24)分别与误差跟踪控制器(23)和牵引通信模块(21)二者连接，误差跟踪控制器(23)与比较模块(22)连接，比较模块(22)分别与速度检测模块(27)和牵引通信模块(21)二者连接，牵引通信模块(21)与速度检测模块(27)连接；

每个牵引控制模块(2)的牵引通信模块(21)均与所述中央通信模块(11)连接；

所述同步控制方法包括：

设高速列车共有n个牵引电机，当高速列车需要提速时，

一)列车驾驶员通过速度给定模块(12)输入目标速度参数，所述目标速度参数包括目标速度ω^*、目标加速度a^*和速度允许偏差值ω_允；速度给定模块(12)将目标速度ω^*信号传输给中央通信模块(11)，速度给定模块(12)将目标速度参数信号传输给速度处理模块(13)；

二)中央通信模块(11)将目标速度ω^*信号发送给各个牵引控制模块(2)的牵引通信模块(21)；各个牵引通信模块(21)将收到目标速度ω^*信号传输给对应的比较模块(22)；

三)各个牵引控制模块(2)的速度检测模块(27)获取对应的牵引电机(26)的当前速度参数，所述当前速度参数包括当前速度ω和当前加速度a；各个速度检测模块(27)均将获取的当前速度参数信号传输给对应的牵引通信模块(21)，各个牵引通信模块(21)均将各自收到的当前速度参数信号发送给中央通信模块(11)；同时，各个速度检测模块(27)均将各自获取的当前速度ω信号传输给对应的比较模块(22)；

四)中央通信模块(11)将收到各个牵引电机(26)的当前速度参数信号传输给速度处理模块(13)，速度处理模块(13)将各个牵引电机(26)的当前速度ω逐一与目标速度ω^*进行比较得到各个牵引电机(26)的速度偏差值；所述速度偏差值为牵引电机(26)的当前速度ω与目标速度ω^*差值的绝对值，ω_允为设定的正值；当任意一个牵引电机(26)的速度偏差值大于速度允许偏差值ω_允则进入步骤五)；当每个牵引电机(26)的速度偏差值均小于速度允许偏差值ω_允，则调速进程终止；

五)中央处理模块(1)按方法一获取各个牵引电机(26)当次的同步控制量，然后中央处理模块(1)将各个牵引电机(26)当次的同步控制量信号分别发送给对应的牵引控制模块(2)；

六)各个牵引控制模块(2)收到所述当次的同步控制量信号后均按方法二调整并驱动所辖牵引电机(26)的转速；返回步骤三)；

所述方法一包括：

1)速度处理模块(13)将各个牵引电机(26)的当前加速度a逐一与目标加速度a^*进行比较，将当前加速度a小于或等于目标加速度a^*的牵引电机(26)记为常态电机，将当前加速度a大于目标加速度a^*的牵引电机(26)记为空转电机，设常态电机有i个，其中i＜n，则空转电机有n-i个；设ω_j为任意一个常态电机的当前速度，其中j的取值范围为1至i，速度处理模块(13)将i个常态电机的当前速度信号均传输给相邻交叉耦合模块(15)；设ω_p为任意个一空转电机的当前速度信号，其中p的取值范围为i+1至n，速度处理模块(13)将n-i个空转电机的当前速度信号均传输给空转电机速度处理模块(14)，速度处理模块(13)将n-i个空转电机的当前速度信号均传输给空转电机控制量调整模块(17)；

2)空转电机速度处理模块(14)对收到的n-i个空转电机的当前速度求平均值，得到空转电机当前平均速度ω_平，空转电机速度处理模块(14)将空转电机当前平均速度ω_平信号分别传输给相邻交叉耦合模块(15)和空转电机控制量调整模块(17)；

3)相邻交叉耦合模块(15)对收到的空转电机当前平均速度ω_平信号和i个常态电机的当前速度信号按以下方式进行处理，得到空转电机的平均同步误差ε_平和i个常态电机的同步误差ε：

相邻交叉耦合模块(15)将收到的i个常态电机的当前速度信号按牵引电机所处列车的前后顺序由小到大进行排序，将空转电机当前平均速度ω_平信号排在序号最大的常态电机当前速度信号之后及序号最小的常态电机当前速度信号之前；所述空转电机的平均同步误差ε_平包括前平均同步误差ε_平前和后平均同步误差ε_平后两个平均同步误差分量；设ε_j为任意一个常态电机的同步误差，则ε_j包括前同步误差ε_j前和后同步误差ε_j后两个同步误差分量，其中j的取值范围为1至i；根据公式一至公式四分别获取ε_平前、ε_平后、ε_j前和ε_j后；

所述公式一为：

ε_平前＝ω_平-ω_i

所述公式二为：

ε_平后＝ω_平-ω₁

所述公式三为：

ε_j前＝ω_j-ω_j-1

其中，当j为1时，ω_j-1的取值等于ω_平；

所述公式四为：

ε_j后＝ω_j-ω_j+1

其中，当j为i时，ω_j+1的取值等于ω_平；

相邻交叉耦合模块(15)将空转电机的平均同步误差ε_平信号和i个常态电机的同步误差ε_j信号传输给同步误差控制模块(16)；

4)同步误差控制模块(16)控制2个空转电机同步误差控制器对收到的空转电机的平均同步误差ε_平信号进行处理得到空转电机的平均同步控制量u_平；同步误差控制模块(16)控制i个常态电机同步误差控制器组对收到的i个常态电机的同步误差ε_j信号进行处理得到i个常态电机的同步控制量u_j；其中2个空转电机同步误差控制器与所述2个平均同步误差分量信号一一对应，i个常态电机同步误差控制器组与i个常态电机的同步误差ε_j信号一一对应，单个常态电机同步误差控制器组的2个常态电机同步误差控制器与单个常态电机的同步误差的2个同步误差分量一一对应；

所述空转电机的平均同步控制量u_平包括前平均同步控制量u_平前和后平均同步控制量u_平后两个平均同步控制分量；所述常态电机的同步控制量u_j包括前同步控制量u_j前和后同步控制量u_j后两个同步控制分量；前平均同步误差ε_平前通过空转电机同步误差控制器处理得到前平均同步控制量u_平前；后平均同步误差ε_平后通过空转电机同步误差控制器处理得到后平均同步控制量u_平后；前同步误差ε_j前通过常态电机同步误差控制器处理得到前同步控制量u_j前；后同步误差ε_j后通过常态电机同步误差控制器处理得到后同步控制量u_j后；

同步误差控制模块(16)将i个常态电机的同步控制量u_j信号传输给中央通信模块(11)，同步误差控制模块(16)将空转电机的平均同步控制量u_平信号传输给空转电机控制量调整模块(17)；

5)空转电机控制量调整模块(17)对收到的空转电机的平均同步控制量u_平信号、空转电机当前平均速度ω_平信号和n-i个空转电机的当前速度信号ω_p进行处理得到n-i个空转电机的同步控制量u_p，所述u_p为任意一个空转电机的同步控制量，其中p的取值范围为i+1至n；所述u_p包括空转电机前同步控制量u_p前和空转电机后同步控制量u_p后两个空转电机同步控制分量；所述u_p前和u_p后分别根据公式五和公式六获取；

所述公式五为：

u_p前＝u_平前×k_p

其中k_p为调整系数，k_p根据公式七获取；

所述公式六为：

u_p后＝u_平后×k_p

所述公式七为：

空转电机控制量调整模块(17)将n-i个空转电机的同步控制量u_p信号传输给中央通信模块(11)；

6)中央通信模块(11)将当次收到的n个牵引电机的同步控制量信号分别发送给对应的牵引控制模块(2)的牵引通信模块(21)；

所述方法二包括：

单个牵引控制模块(2)按以下方式调整并驱动所辖牵引电机(26)的转速：

A)牵引通信模块(21)将当次收到的同步控制量信号传输给控制信号叠加模块(24)；

B)比较模块(22)根据公式八对收到的目标速度ω^*和当前速度ω进行处理得到基本速度误差ε_基，比较模块(22)将基本速度误差信号传输给误差跟踪控制器(23)；

所述公式八为：

ε_基＝ω^*-ω

C)误差跟踪控制器(23)对基本速度误差信号进行处理得到的基本控制量u_基，误差跟踪控制器(23)将基本控制量信号传输给控制信号叠加模块(24)；

D)控制信号叠加模块(24)对当次收到的所述基本控制量信号和所述同步控制量信号进行叠加处理得到综合同步控制量，控制信号叠加模块(24)将所述综合同步控制量信号传输给电机驱动装置(25)；

E)电机驱动装置(25)根据当次收到的综合同步控制量信号调整并驱动所辖牵引电机(26)的转速。