高速动车组恒速控制逻辑分析及优化策略

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1、高速动车组恒速控制逻辑分析及优化策略　　摘要：目前在线运营的CRH2型动车组恒速控制逻辑普遍使用双滞环策略，其控制功能基本可以满足平直道恒速±3km/h运行目标，但若遇到大坡道、恶劣天气等状况，则很难满足控制需求，本文根据其实际运行效果分析其特性，提出了进一步优化的控制策略。　　关键词：恒速；双滞环；优化；逻辑　　0引言　　CRH2型动车组已在全国范围内广泛运营，其核心部件牵引变流器主电路采用三电平整流器、三电平逆变器，牵引电机为三相感应电动机。恒速控制可以有效地减轻列车运行中司机的重复、繁琐地驾驶操作任务，且有效的恒速控制有利于列车运行准点率。目前动车组采用的恒速控制策略有PID控制、双滞环

2、控制[1]等，本文针对CRH2型动车组双滞环控制逻辑进行分析，并对其不足进行补充优化。而PID控制器由于其参数整定难以实现通过理论计算直接应用于实际工程，必须在列车实际运行过程中进行修订，且PID调节的力矩输出变化太快，不利于列车乘坐舒适度、全列同步等需求，本文不涉及。　　1CRH2型动车组恒速控制分析　　CRH2型动车组恒速控制逻辑使用双滞环策略：　　a.牵引变流器控制装置接收来自网络的恒速运行指令时，将当前时刻的列车速度设定为恒速控制目标速度。6　　b.控制装置实时采集列车速度，将列车实时速度与目标速度的偏差作为转矩调节依据。　　c.当目标速度超过列车实时速度1km/h时，牵引变流器启动整

3、流、逆变门极，进入牵引运行模式，并根据速度偏差实时调节牵引转矩输出，当速度偏差等于0时，牵引变流器进入惰行模式，并关断整流、逆变门极；　　d.当列车实时速度超过目标速度3km/h时，牵引变流器启动整流、逆变门极，进入再生制动运行模式，并根据速度偏差实时调节制动转矩输出，当速度偏差小于等于2km/h时，牵引变流器进入惰行模式，并关断整流、逆变门极；　　e.由于速度采样精度、数据传输延时等因素，为避免各节动车同时存在牵引、再生制动工况，恒速控制设置了速度偏差一定范围内惰行运行逻辑；　　f.转矩设定与速度偏差成线性关系，速度偏差越大，转矩相应增大。如下图所示[2]：　　双滞环控制原理简单，软件易于实

4、现，但存在大上坡牵引不足、转矩扰动频繁导致牵引变流器主回路电压波动、低速大下坡制动不足等问题。　　2双滞环控制优化　　1）引入风阻曲线、坡道阻力计算　　既有控制策略的转矩设定仅根据速度偏差进行线性计算，缺乏对列车系统性的受力模型分析。对列车进行受力分析如下[3]：　　忽略列车内部摩擦损耗及其他机械损耗，列车受力模式为：　　Tf=Tmotor+TM+Twind6　　Tmotor为电机转矩，牵引时为正数，制动时为负数；TM为重力分量，下坡时为正数，上坡时为负数；Twind为风阻，负数；Tf为列车最终受力总和。　　由上式可知，恒速控制的根本目的为，当实时速度高于目标速度时，施加制动力，克服下坡重力分

5、量降低或维持车速，当实时速度低于目标速度时，施加牵引力，克服上坡重力分量及风阻提高或维持车速。所以在既有恒速控制力矩计算中引入风阻曲线、坡道重力分量，得到更准确的力矩输出。　　风阻计算如下：　　Twind=（3.26+0.0386*Vvehicle+0.001203*Vvehicle2）*M　　Vvehicle为列车实时速度；M为列车载荷（出去旋转惯量）；　　坡道重力分量为：　　TM=M*g*Sinα　　g为当地重力加速度；α为线路坡道角度；　　通过设定目标加速度a，即可近似得出恒速控制时，力矩设定值为：　　Tmotor=M*a-TM+Twind　　2）调整基准速度步长　　恒速控制中使用的偏差

6、速度固定为精确度为0.1km/h，由于实际运行中存在速度传感器采样精度、信号传输延时、速度脉冲解码偏差等因素，速度信号本身细微波动剧烈，在稳态运行中，通常存在±60.3km/h范围内速度扰动，恒速控制中，此种现象导致的就是力矩计算值频繁扰动，从而影响列车运行舒适度、牵引变流器中间主回路直流电压波动等问题，因而对恒速控制中的力矩给定与速度偏差曲线的计算中，引入速度偏差计算步长调节，降低力矩扰动频率及幅度，从而改善乘车舒适度及系统稳定性。如下式：　　Vdiff0=abs（Vvehicle?CVset）　　Vdiff1=Vdiff0modVbase　　Vdiff=Vdiff0-Vdiff1　　Vdi

7、ff0为计算的实时速度偏差值；Vdiff1为实时速度偏差值模数基准速度的余数；Vdiff为计算力矩给定用的速度偏差值；Vset为恒速控制目标速度值；Vbase为计算力矩给定的基准速度精度，可调节，此值越大，则力矩给定变化越平稳，可根据实际运行效果调整。　　3）全程维持整流器、逆变器门极启动　　恒速运行中列车会在牵引、再生制动、惰行工况反复切换，而既有控制逻辑设定为惰行时，关断整流、逆变器门极，当恒