[发明专利]一种基于风压传感的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法

说明书

本发明公开了一种基于风压传感的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法，通过加装风压传感器对列车运行过程中从明线工况转至隧道工况时受电弓结构表面压力数据进行采集，并以风压传感器数据为自变量，以受电弓作动装置电机的受力数据为因变量，采用APSO粒子群优化算法进行数值拟合，拟合出受电弓作动装置电机的受力数据随风压传感器采集数据变化的关系，并以此作为受电弓主动控制设计的参考。在列车运行过程中，受电弓结构表面风压传感器采集数据作为输入并使作动装置电机给予一定的力矩补偿，以抵消隧道空气附加阻力对弓网受流状态的影响。特别适用于高铁列车在明线工况与隧道工况转换的情况下受电弓作动装置电机扭矩补偿量的计算。

技术领域

本发明涉及受电弓受流质量技术领域，尤其涉及一种基于风压传感的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法。

背景技术

随着我国高铁技术和市场占有量逐步处于世界领先地位，受电弓与接触网关系成为亟待优化的问题。我国高铁动车组均采用电力驱动，受电弓受流成为保证列车能源动力输入的关键环节。因此，保证和提升受流质量，成为我国高速铁路列车技术中关键的优化方向之一。为此，对受电弓控制技术提出了新的要求。

在受电弓受流质量评价中，弓网接触力是其中一个重要的评价指标。产生弓网接触力的因素较多，其中三个因素由受电弓与接触网本身的材质和结构所决定，分别为：升弓系统对滑板造成的竖直向上的静态接触力、接触网本身材质弹性差异造成的受电弓与本身归算质量相关的上下交变动态接触力、以及受电弓各部件连接造成的阻尼力。在沿用现有设计方案的情况下，这三种因素造成的弓网接触力均保持固定，唯一在列车运行过程中会因工况条件不同而产生变化的是受电弓受气流影响造成的空气阻力及表面压力，不确定的气流会使弓网接触力过大或过小，都会引起较大的机械磨损和离线率增加。

受力情况对于实现受电弓主动控制至关重要，特别是列车运行过程中，如遇隧道等线路条件，受电弓所受空气阻力与隧道空气附加阻力总和变化明显，造成的弓网接触压力波动较大。因此，如何准确地计算高速铁路受电弓作动装置电机为抵消隧道工况对弓网接触力的影响而需补偿的电机扭矩，并为受电弓主动控制系统提供数据支持，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于风压传感的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法，用以抵消突增的隧道空气附加阻力对弓网受流质量的影响。

因此，本发明提供了一种基于风压传感的受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法，包括如下步骤：

S1：采用数值模拟的方法计算列车运行过程中受电弓结构表面的空气压力分布；

S2：根据所述受电弓结构的形状和尺寸以及所述数值模拟的结果，选择风压传感器的安装位置；

S3：记录列车运行过程中每个时刻所述风压传感器的数据及对应时刻受电弓作动装置电机的受力数据；

S4：运用APSO粒子群优化算法对每个时刻所述风压传感器的数据及对应时刻所述受电弓作动装置电机的受力数据进行拟合；

S5：根据拟合结果和当前时刻所述风压传感器的数据，计算当前时刻所述受电弓作动装置电机为抵消空气阻力变化对受流质量的影响而所需的扭矩补偿量。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述受电弓作动电机扭矩补偿量计算方法中，步骤S1，采用数值模拟的方法计算列车运行过程中受电弓结构表面的空气压力分布，具体包括如下步骤：

S11：按照标准实物尺寸，对列车、受电弓结构、隧道和列车运行空间进行三维模型构建；

S12：将构建好的三维模型输入网格化软件，对所述三维模型进行网格化，并设置所述三维模型的边界条件；

S13：将网格化后的三维模型输入有限元求解器，选择模型计算所涉及的物理模型和数学模型，对列车和受电弓结构模型加载UDF文件或Profile文件，并对计算过程中使用的动网格进行加载和设置；