基于高速开关阀的均衡风缸压力精确控制研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第182期)机械工程与自动化No．12014年O2月MECHANICALENGINEERING&．AUrOMAFIONFeb．文章编号：l672—6413(2014)01—0170—03基于高速开关阀的均衡风缸压力精确控制研究周劲，王俊勇(西南交通大学机械工程学院，四川1成都610031)摘要：首先从高速开关阀的数学模型入手．建立了均衡风缸压力的控制系统．然后设计了该系统的两种控制策略——常规PID控制、模糊PID控制。运用AMEsim与Simulink联合仿真，对两种控制

2、策略进行了分析比较，最终选择模糊PID控制策略．完成均衡风缸压力的精确控制。关键词：均衡凤缸；压力控制；PID；模糊控制；仿真中图分类号：U26O．35l：TP391．9文献标识码：A0引言阀芯的有效横截面积；为关闭状态下的阀芯位移；随着列车牵引重量与运行速度的提高，鉴于安全为阀芯位移变量。与乘坐舒适度的考虑，对列车制动系统提出了越来越根据牛顿第二定律可得关于阀芯加速度的方程，即：高的要求。现有的制动机如DK—l与JZ-7已不能满mp圣p—FM+F一Fb—F—Ff．t足某些重载机车对制动机的要求，如和谐型电力机车。其中

3、：m为阀芯质量；F为阀芯上、下气压压力差；其中一个重要的原因就是现有的制动机不能满足新型为弹力；F，为静摩擦力；为黏性摩擦力。机车的制动系统对均衡风缸压力的精确控制及无线重压缩空气(此处假设为理想气体)经过节流孔的瞬联各机车均衡风缸压力一致性的要求。本文运用高速态质量流量为：开关阀建立一套均衡风缸压力精确控制系统，设计其而：．．()．(5)控制算法，并进行仿真，达到了设计的预期要求。√R；T‘l{，’P“l高速开关阀的数学模型厂—————————一高速开关阀其实质为一个常闭型二位二通电磁其中：一√足‘)””，k为绝热指

4、数，取k==：阀。高速开关阀的数学模型包含电路、磁路、机械和气l1_．_／J≤o．528P动等4个子系统。由基尔霍夫电压定律(KVL)可知，当电磁线圈得1．4；()一电时：P0．528<孕≤l￡--Ri--L半一i一o．(1)“0￡Q当电磁线圈失电时：P为节流孔进气口气压，P，为节流孔出气口气压；Ca为流量系数，===0．69；A。为气体流经的最小截面积；LTdi一—i华一R—f----0．(2)0raR为空气气体常数；Ta为气室中气体的绝对温度，其中：s为线圈驱动电压；为流经回路的电流；R为电取一313K。回路中的电

5、阻；，为二极管导通电压；L为电感系数；2建立系统，为时间。该系统主要由2个高速开关阀、2个节流孔、1个当电路子系统中产生的电流i流经电磁线圈时，压力传感器、1个均衡风缸和制动控制单元(简称线圈附近会产生一个磁场，从而产生吸力FM，其大小为：“BCU”)组成。对于2个高速开关阀，1个为充气开关阀(简称“充气阀”)，主要负责供气源与均衡风缸之间FM一(3)的气路通断；1个为排气开关阀(简称“排气阀”)，主要其中：。为真空磁导率；N为线圈匝数；A为磁场中负责均衡风缸与大气之间的气路通断。系统原理如图收稿fi期：2O】3—05

6、—06；修网H期：2013—06—18作者简介：周劲(1986一)，男，四川广安人．在淡顾一f：研究生，研究_方向为列车制动。学兔兔www.xuetutu.com2014年第1期周劲。等：基于高速开关阀的均衡风缸压力精确控制研究·l7l·1所示。阀得失电1次。当大闸从运转位到初制位，均衡风缸压力下降0．05MPa，从压力下降开始到压力稳定耗时约为2．2S，在此期间，充气阀得失电3次，排气阀得失电1次。大闸由初制位到全制位，均衡风缸压力下降0．12MPa，从压力下降开始到压力稳定耗时约为5．3积S，在此期间，充气阀得失电

7、1次，排气阀得失电1次。运用常规PID控制时，虽然系统的准确性与快速性较好，但预控容积压力波动较大。．Q：：删蜘c图1均衡风缸压力控制系统原理3控制策略3．1传统PID控制越根据制动系统的实际需求，均衡风缸压力控制系统在增压、保压与减压3种状态之间切换。在AMEsim平台建立的高速开关阀模型的基础上，运用常规PID控制作为系统控制单元，模型如图2所示。在此系统的基础上选择合理的充气阀节流孔面图2常规PID控制系统仿真模型积、排气阀节流孔面积、均衡风缸容积与PID参数。3．2模糊PID控制其中：充气节流孔有效截面积A=0

8、．75mm，排气节将图2中的PID控制器换成模糊PID控制器，并流孔有效截面积A一0．36mm，均衡风缸体积V=将AMEsim中的该模型转化为一个S函数嵌入到1．2L。结果表明：当均衡风缸充气至0．6MPa，其时Simulink控制模型中，运用Co—simulation实现二者的间需要10．8S，在此期间，充气阀得失电2次，而排气