CN101830231B - 一种机车空转滑行保护控制方法 - Google Patents

Abstract

一种机车空转滑行保护控制方法，包括以下步骤：实时检测机车轮对加速度当加速度超过保护阈值时，即在时开始卸载力矩，并在卸载过程中不断搜索加速度的峰值，即在时达到峰值，当搜索到峰值时立即停止卸载力矩，此时电机转矩变化率机车轮轨粘着重新恢复，机车轮轨粘着力变化率该发明可以很好地克服现有技术存在的卸载深度过大，不仅使机车牵引力损失过大，影响机车的粘着利用，而且造成机车前后冲击的技术问题。

Description

一种机车空转滑行保护控制方法

技术领域

本发明涉及一种机车粘着控制计算方法，尤其是一种涉及机车车辆的空转滑行保护控制方法，实现机车空转滑行保护优化控制。

背景技术

机车的牵引力产生于轮轨的粘着，轮重、轮轨材料的弹性及在车轮上施加的扭矩构成了产生轮周牵引力的三要素。如图1所示，在轮荷重                                                

的作用下，轮轨接触部分发生弹性变形，形成椭圆形接触区。当车轮在驱动力矩

的作用下向前滚动时，轮轨材料在接触区附近发生弹性变形，从而在接触面上产生切向力

。切向力

即轮周牵引力，它使车轮滚动前进。

机车在粘着力驱动下前进时，车轮的前进速度

总是低于车轮的圆周速度

。这是由于在

的作用下，轮轨接触面产生向后的弹性变形所致。这个现象称为蠕滑，蠕滑大小的程度用蠕滑率来表示，定义为：

                                                   （1）

其中，

为蠕滑速度。

一般而言，随着车轮相对车体的切向运动速度（蠕滑速度）的加快，能够有效施加的牵引力也将增大。但是当相对运动速度超过一定值后，能够传递的牵引力将不再增大而是不断地减少。这种能够传递的牵引力和车轮相对车体的切向运动速度之间的关系称为粘着特性。如图2所示，给出了干燥和潮湿两种不同轨面状态下轮轨间的粘着特性曲线。粘着（Adhesion）: 轮轨在一定压力下相互接触处于啮合并传递作用力的一种物理状态或物理现象。空转（Roll）: 机车牵引时车轮相对于钢轨发生明显的滑动。滑行（Slip）: 机车制动时车轮相对于钢轨发生明显的滑动。粘着利用: 实际运行中轮轨间可用粘着的利用。图中，粘着系数定义为沿机车纵向传递的牵引力，或者说轮/轨间接触面上的切向移动力与法向力

之比，即

                                 

                                    （2）

从图2可以发现，虽然不同路况下的粘着特性曲线互不相同，但在各种路况下都存在相应的粘着系数最大值，记粘着系数最大值

处的蠕滑速度为

，称(

，)为最佳粘着点，如图2中的A、B点。显然，路况不同，相应的最佳粘着点也不同，并且只有当粘着系数取最大值

时，能够传递的牵引力

才能达到最大值。图2也表明，在机车牵引/制动时，机车的粘着工作点只能在位于最高粘着点左边的稳定区，一旦粘着工作点处于最高粘着点右边的非稳定区，则将出现空转或滑行，此时如不快速降低机车的牵引力/制动力以将粘着工作点转移到左边的稳定区，则空转/滑行会迅速恶化，造成轮对的擦伤，严重地损害行车安全和轮轨寿命。

轮轨粘着特性受着多种因素的影响，包括外界环境条件、轮轨表面状态、轮轨***的振动等。严格的讲，轮轨粘着是一个范围。通常给定的机车粘着曲线具有统计的意义，是一条常规条件下保证足够高成功率的应用特性曲线。试验说明，机车运行中瞬态粘着系数始终在变化中，只是由于一般机车驱动***的稳定性很高，瞬时的粘着变化不会对整个***产生影响，因而感觉不到。

由于机车运用的条件***，牵引中，随着司机操纵手柄的提高或轨面条件的恶化，空转是很难避免的，如图3所示为这两种情况下车轮空转发生的机理。

图中A为正常条件下的工作点，即牵引电机驱动特性与轮轨滑动特性的交点。当司机操纵手柄位突然提高或轮轨表面条件突然恶化时（如油污等），工作点由A转到Ｂ，由于动轮驱动力矩大于轮轨间能传递的力矩，多余部分的能量（即阴影部分代表的力差）将使车轮加速转动（考虑机车所牵引的列车质量很大，在这一过程中列车行进的速度可认为近似不变）。空转中驱动力矩依电机驱动特性而随车轮转动速度变化，如果随速度的提高该特性下降的斜率大于轮轨滑动特性，则存在一个新的平衡点C。轮轨间处于大的滑动状态，既损失了牵引力，又会造成轮轨的剧烈磨耗并有可能因发热造成轮箍松弛，这是不允许的。当牵引手柄降低，使C回到粘着区，或轮轨接触条件改善，使粘着曲线提高，与电机驱动特性的交点回到粘着区时，车轮将重建粘着。

机车有各种不同的传动特性，如电力机车的恒流起动及恒压起动特性及内燃机车的双曲线牵引特性；牵引电动机工作中也采用不同的联接方式（如串联及并联）及励磁方式（如串励、它励、复励）等，从而具有不同的转矩-转速特性，造成不同的空转现象。如图4所示为电机并联条件下的恒流驱动（如以两个轮对为一个驱动单元，且两个轮对同时空转时）、电机串励或它励时的轮对空转特性、此时端电压保持不变。a为串励电机情况，b为恒流驱动情况，c为它励电机情况。

由图可见，在恒流驱动的条件下，随着空转的发生，使轮对加速度越来越大，最后可能导致“飞车”事故，这是非常危险的。

采用串励电机时，空转后有一个新的平衡点C，但这时的滑动速度较高，牵引力下降较多，为重建粘着需将牵引手柄降到较低的位置。

采用它励电机时，可以达到较硬的转矩及转速特性，即特性曲线较陡，新交点C处的滑动速度较低，牵引力损失较少，比较容易重建粘着。

有的机车采用电机串联的方式，空转时，空转轮对电机的反电势加大，造成与之串联的电机端电压降低，导致两台电机的功率重新分配，将进一步恶化空转轮对电机的工况。

由此可见，电传动***对轮对的空转特性有很大的影响，对于空转特性差的电传动***，要求采用更为灵敏可靠的空转保护装置。

初期的防空转防滑***使用的基本上是继电器或晶体管组件，大都利用空转支路与并联的未空转支路的电流差，或空转电机与串联的未空转电机的电压差，作为保护***的检测信号。这样的保护***不但体积大，精度低，而且受电机特性差异影响较大。另外，由牵引电动机的转速特性决定，低速与高速具有相同的转速差时，低速时的电流差值较大;因为低速时电动机的磁通大，故低速与高速具有相同的转速差时，低速时的电压差值较大。所以，这种利用电流差或电压差作为检测信号的空转保护***，列车在低速运行时，其保护比较灵敏;而在高速运行时，灵敏度较差。

现代列车防空转防滑***能使列车在邻近最大粘着系数的条件下运用，即在防止粘着破坏的前提下，充分发挥牵引力。其设计重点应放在列车起动加速和恶劣轨面、天气条件下的粘着利用上。

较新的防空转防滑***，采用了大量的逻辑电路和集成运算放大器电路。直接利用各轮对之间的转速差及轮对自身的加速度等信号电压作为鉴别空转/滑行的信号源。这样的保护***不但体积减小了，功能增强，而且信号源的精度也大为提高。但是，由于***本身没有记忆功能，是一个电子模拟***，因此其精度和灵敏度都还欠佳。

近年来，有些国家又成功研制用微处理器控制的防空转防滑***，该***能以更高的精度和速度准确地处理信息，只要将设计的控制基准值预先输入微机内存，微处理器就会切实发挥其控制功能，实现单独处理和控制每一个轮对粘着性能的目标。

目前国内交直机车主要采用组合校正法进行防空转防滑控制，组合校正法中粘着控制***通过各动轮间的线速度差△v以及每个动轮的线加速度dv/dt来判断其空转程度，动轮牵引力一旦超过粘着值，空转或空转趋势达到一定程度的时候，则快速并深度削减动轮驱动转矩，使空转得到强烈的抑制；进入再粘着恢复区后，又迅速恢复牵引力;当回升到空转前转矩的85%—90%时，再以缓慢速率增长，以便寻找下一个粘着极限点，用这样短时超越粘着最大值，又不让空转发展的简单方法，使轮轨经常运用在高粘着区。而每次校正削减造成的牵引力损失都应该尽量减小。由于校正型***对边界条件的设定要求较严格，因此在未进行大量实验研究基础上调定的参数有可能影响机车的牵引性能发挥，甚至影响机车的正常运行。

组合校正法的具体过程是:首先对车轮加速度进行判断，当加速度超过一定阈值时表示空转滑行现象比较严重，则快速深度削减动轮驱动转矩；如果车轮加速度没有超过阈值，则对蠕滑速度进行判断，当蠕滑速度超过阈值时，对驱动转矩进行较大幅度的调整;反之，判定为正常运行状况。如图5所示的组合校正法控制框图（包含两个转向架，共四个轮轴）。

组合校正法在算法上不是特别复杂，但它反应速度快，风险低，是一种可靠的控制方法，因此被广泛应用于国内外列车的粘着控制***中。国外动车组***中采用现代智能控制方法寻求粘着最优化，但依然采用组合校正法作为粘着控制的基础及后备，以保证列车行驶安全。

一种目前最为接近的现有技术给出了组合校正法的具体实现步骤和流程，此处简述如下。

***初始给定一个转矩T_e（文中选取5000N*m），首先对加速度进行判断，如果加速度超过阈值10.0m/s²，判定为空转失控状况，用加速度标准法进行控制：先将驱动转矩在50ms内降为原有转矩的75%并持续0.45s，之后再在50ms内将转矩降到50%T_e并保持0.95s；然后在0.5s内转矩由50%T_e升到75%T_e并保持0.5s，再在接下来的1.5s内将转矩升到初始值。此时再判断一次加速度的大小，超过阈值则重新判定为空转失控状况，重复以上操作；不超过阈值判定为正常运行状况，继续提供初始转矩T_e。

如果加速度没有超过阈值，则对蠕滑率进行判断。蠕滑率小于阈值0.01，判定为正常运行，提供初始转矩；反之，判定为打滑状况，采用蠕滑率极值法：先将转矩在50ms内降为原有转矩的0.75%并持续0.45s，再在50ms的时间内将转矩降至50%T_e并保持0.45s，再使转矩在接下来的0.5s内由50%T_e升为75%T_e。然后对蠕滑率再次进行判断，如果小于阈值则认为正常，使转矩保持在75% T_e1s，然后在接下来的1s内将力矩恢复至90% T_e，然后使转矩在1s内恢复至初始值;反之则重新判定为打滑状况，重复上述操作。以上操作结束时再对蠕滑率进行判定，小于阈值则判定为正常运行状况，提供初始转矩，反之则继续重复蠕滑率极值法。

其控制方法流程如图6所示。

但是现有技术组合校正法存在着以下缺陷：

一是，组合校正法中，无论空转/滑行的程度如何，力矩的卸载策略都是固定不变的，没有考虑卸载过程中的轮轨粘着状态，这往往造成两种后果：一是卸载深度不够，空转/滑行未得到完全抑制；二是卸载深度过大，造成机车牵引力损失。

二是，在组合校正法中，只有当加速度或者蠕滑率小于设定的阈值时***才会停止卸载，这将导致卸载深度过大的后果，不仅使机车牵引力损失过大，影响机车的粘着利用，而且造成机车前后冲击。

发明内容

本发明提供一种机车空转滑行保护控制方法，该发明可以很好地克服现有技术存在的卸载深度过大，不仅使机车牵引力损失过大，影响机车的粘着利用，而且造成机车前后冲击的技术问题。该发明提出一种新的机车空转滑行保护控制方法，在使机车轮对空转滑行得到抑制的同时大幅减小力矩卸载的深度。

本发明提供一种机车空转滑行保护控制方法的具体实施方式，包括以下步骤：

实时检测机车轮对加速度

，当加速度超过保护阈值时，即在

时开始卸载力矩，并在卸载过程中不断搜索加速度的峰值，即在

时达到峰值，当搜索到峰值时立即停止卸载力矩，电机转矩变化率

，机车轮对粘着重新恢复，机车轮对粘着力变化率

；

其中，

为机车轮对的角速度，为时间，

为加速度保护阈值，

为电机施加于机车轮对的转矩。

作为本发明进一步的实施方式，在检测到加速度微分信号

的过程前后还包括以下步骤：

在检测到加速度微分信号

之前，即加速度达到峰值之前，加速度微分信号，机车轮对转动加速度增加速率逐渐变小；

在检测到加速度微分信号

之后，即加速度达到峰值之后，加速度微分信号

，机车轮对转动加速度逐渐变小。

作为本发明进一步的实施方式，机车空转滑行保护控制方法包括机车轮对输出转矩卸载过程，包括以下步骤：

S01、根据公式计算机车轮对的加速度，其中，

为k时刻的轮对角速度，

为k-1时刻的轮对角速度，T_s为采样周期；

S02、判断机车轮对加速度a是否大于设定加速度保护阈值

，如果a<a_g，则结束；如果a≥a_g，则转入步骤S03；

S03、进入空转保护卸载步骤，卸载就是减小电机输出转矩，根据公式ΔT=k×(a-a_g) 计算每个周期要卸载的输出转矩量，根据公式T_k=T_k-1－ΔT计算K时刻的电机输出转矩量，其中，ΔT为输出转矩卸载量，k为卸载系数，a为当前检测的机车轮对加速度，a_g为加速度保护阈值，T_k为K时刻的电机输出转矩量,T_k-1为K-1时刻的电机输出转矩量；

S04、进入加速度峰值检测步骤，检测加速度峰值；

S05、如果检测到加速度峰值，则停止力矩卸载，如果未检测到加速度峰值，则返回步骤S03。

作为本发明进一步的实施方式，机车轮对输出转矩卸载步骤包括加速度峰值的搜索过程，包括以下步骤：

S11、进入空转保护卸载后，将当前周期的加速度值设为加速度峰值，并将峰值搜索计数器清零，下一周期进入步骤S12；

S12、比较当前周期加速度值与的大小，如果

，将峰值搜索计数器加1，进入步骤S13；如果 

，则使

，并将峰值搜索计数器清零，下一周期进入步骤S12；

S13、检查峰值搜索计数器的值，如果大于等于加速度峰值检测滞后周期n，进入步骤S14；否则，下一周期进入步骤S12；

S14、将当前周期作为加速度峰值点，

为检测到的加速度峰值。

作为本发明进一步的实施方式，加速度峰值检测滞后周期n一般设置为2~5。

作为本发明进一步的实施方式，在搜索到加速度峰值之后就停止力矩的卸载，退出机车轮对空转滑行保护控制模式，机车牵引力的控制随即进入轮对粘着调节模式阶段。

通过应用本发明实施方式所描述的机车空转滑行保护控制方法，

（1）算法原理清晰，易于理解；实现步骤简单，计算量小，便于数字实现和工程化应用。

（2）大大减小空转/滑行保护过程中力矩卸载深度，从而减小牵引力的损失和机车冲击。

（3）停止卸载的最佳时刻与加速度大小无关，适合不同程度的空转滑行保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术机车牵引力产生以及受力情况分析示意图；

图2为背景技术机车在不同轨面状态下的粘着特性曲线；

图3为背景技术机车轮对空转形成机理原理图；

图4为背景技术机车在不同驱动特性下的轮对空转特性；

图5为背景技术组合校正法控制原理框图；

图6为背景技术组合校正法程序流程图；

图7为机车在空转保护过程电机转矩和车轮加速度变化示意图；

图8为现有技术组合校正法的机车轮对空转保护波形图；

图9为本发明基于最佳卸载停止时刻的空转/滑行保护算法示意图；

图10为本发明机车空转滑行保护控制方法的机车车轮加速度峰值搜索示意图；

图11为本发明机车空转滑行保护控制方法空转保护优化控制算法流程图；

图12为本发明机车空转滑行保护控制方法的机车轮对空转保护波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种典型的实施方式是将本发明提出的机车空转滑行保护控制方法技术方案应用于HXD1C型交流传动电力机车粘着利用控制***的具体实例。下面将结合理论计算具体讲述本发明的实施方式。

由图1所示的单个车轮运动模型可得机电运动方程：

 

                                （3）

其中，

是机车牵引力，是车轮半径，

是折算到车轮的转动惯量，是车轮转速，

是电机转矩。

由前面分析可知，轮轨间能传递的最大牵引力取决于当前粘着系数的最大值，即

                                 （4）

机车正常加速时，电机转矩增大，蠕滑速度也不断增大，但由于此时粘着工作点位于最高粘着点左边的稳定区，

，

，因此车轮不会发生空转。当粘着工作点达到最高点后，轮轨间传递的牵引力也达到最大值，即

，如果此时继续增加电机转矩，将使得动轮驱动力矩

大于轮轨间能传递的最大力矩，由机电运动方程可知车轮将加速转动，而在这一过程中列车行进的速度近似不变，这导致蠕滑速度急剧增大，粘着工作点迅速向最高粘着点右边的非稳定区移动，从而破坏了轮轨的粘着状态并导致空转的产生。因此，要想抑制空转，恢复轮轨粘着，必须迅速减小动轮驱动力矩即电机转矩

，以减小蠕滑速度，使粘着工作点从不稳定区回到稳定区。可见，从空转发生到被抑制的整个过程中，车轮加速度

是一个变化非常敏感的信号，其变化过程如图7所示。

由图7可见，空转发生时，加速度急剧增大，当其超过防空转***设定的保护阈值

时，***开始进行空转保护卸载即降低电机转矩

，由于机车传动***是一个惯性环节，有一定的时间延迟，加速度不会立即减小而是继续增大，但其增加速率将逐渐变小，即加速度微分

且

不断减小；此时如果一直保持卸载，则车轮加速度将出现一个峰值

，即

；然后加速度将逐渐减小，即，直至变为负值最终使车轮转动由加速变为减速。

综上所述，可以总结出，空转保护过程中加速度的变化规律为：

相应的加速度微分的变化规律为：

由于在传统的防空转防滑行控制算法中，力矩的卸载直至加速度或者蠕滑率低于设定的阈值时才停止，卸载动作持续时间较长，在发生较严重的空转/滑行时，往往导致空转/滑行前后的驱动力矩变化很大，这不但造成牵引力的巨大损失，降低粘着利用，还会引起机车前后冲击，给机械传动***的寿命和乘坐舒适度带来不利影响；同时，由于负载的突然失去引起主回路中间直流电压急剧上升，将导致直流过压等一系列的问题。造成上述问题的原因在于停止卸载动作、退出空转保护的时刻选择不佳，确切的说是停止卸载的时刻已经滞后，因此，要解决这一问题，首先必须确立一个停止卸载的最佳时刻，然后是找出这个最佳时刻。

1. 停止卸载最佳时刻的确立

    分析图2不同轨面状态下的粘着特性曲线，空转发生时，轮轨粘着被破坏，粘着工作点处于最高粘着点右边的非稳定区并向右移动，蠕滑率增大，粘着力减小，即

                                   

                            （5）           

空转被抑制，粘着重新恢复时，粘着工作点向左移动并最终将处于最高粘着点左边的稳定区，蠕滑率减小，粘着力增大，即

                                   

                            （6）         

因此从空转发生到粘着重新恢复，粘着牵引力的变化过程为

      

                   （7）

显然，在这个过程中，

是临界点，它表明粘着工作点已停止向右移动，即将向左移动，准备开始恢复粘着。经过临界点

后，由于

，粘着开始恢复。由于在

后有，粘着开始恢复，所以从

时刻起不必继续卸载。因此，

是停止卸载的最佳时刻。                                                                            

    2. 停止卸载最佳时刻的推导

    上节的分析表明，在空转保护的过程中，如果在

后有，那么

是停止力矩卸载的最佳时刻。在实际应用中，由于粘着牵引力F难以检测，因此不能直接通过牵引力来确定这一最佳时刻，必须找到简单易行的方法。

前面对控制保护过程的分析已经指出，在空转保护过程中，车轮加速度变化规律为：

并且由式（3）机电运动方程可得

                            

                     （8）

显然如果在加速度峰值点处，即

停止卸载 ，那么由于电机转矩T不再变化，故有：

         

                          （9）

此时根据式（8）及

、

，必有

   

                        （10）

而在过了加速度峰值点后，由于

，由式（8）、式（10）有

这样如果在加速度峰值点处就停止卸载，由于在

时有

，在

后有

，因此

处，即车轮加速度达到峰值点时，是停止力矩卸载的最佳时刻：此时停止卸载不仅可行，而且最佳。

基于上述分析，本发明技术方案提出如下的空转/滑行保护控制方案：实时检测车轮加速度，当加速度超过保护阈值时开始卸载，并在卸载过程中不断搜索加速度的峰值，当搜索到峰值时立即停止卸载。该方案如图8所示，为便于比较，图中同时画出了传统卸载方案的力矩变化情况。

图中，上部的实线表示本专利提出的卸载方案，虚线表示传统卸载方案。由图8可见，两种方案力矩均在加速度超过保护阈值时（t_a）开始卸载；但新方案在加速度达到峰值时（t_b）就停止卸载，力矩的下降幅度为△T₂=T₀-T₂；而传统方案在加速度低于保护阈值时（t_c）才停止卸载，力矩的下降幅度为△T₁=T₀-T₁；显然，△T₂ 小于50%△T₁，可见本专利提出的空转/滑行保护方案在减小牵引力损失、提高粘着利用方面有着较大的优越性。

如图10所示，机车轮对输出转矩卸载的过程具体包括：

S01、根据公式

，

为k时刻的轮对角速度，

为k-1时刻的轮对角速度，计算机车轮对的加速度，其中，T_s为采样周期；

S02、判断机车轮对加速度a是否大于设定加速度保护阈值

，如果a<a_g，则结束；如果a≥a_g，则转入步骤S03；

S03、进入空转保护卸载步骤，卸载就是减小电机输出转矩，根据公式ΔT=k×(a-a_g) 计算每个周期要卸载的输出转矩量，根据公式T_k=T_k-1－ΔT计算K时刻的电机输出转矩量，其中，ΔT为输出转矩卸载量，k为卸载系数，a为当前检测的机车轮对加速度，a_g为加速度保护阈值，T_k为K时刻的电机输出转矩量,T_k-1为K-1时刻的电机输出转矩量；

S04、进入加速度峰值检测步骤，检测加速度峰值；

S05、如果检测到加速度峰值，则停止力矩卸载，如果未检测到加速度峰值，则返回步骤S03。

加速度峰值检测的步骤包括：

对于本专利提出的控制算法，关键在于准确检测车轮加速度达到峰值的时刻。由于加速度微分信号噪声较大不适合作为控制信号，因此不能通过

来检测加速度峰值。基于防空转防滑***为周期采样控制***，本专利采用如下步骤来检测加速度峰值点。

步骤S11：进入空转保护卸载后，将当前周期的加速度值

设为加速度峰值，并将峰值搜索计数器清零，下一周期进入步骤S12。

步骤S12：比较当前周期加速度值

与

的大小，如果

，将峰值搜索计数器加1，进入步骤S13；如果 

，则使，并将峰值搜索计数器清零，下一周期进入步骤S12；

步骤S13：检查峰值搜索计数器的值，如果大于等于n（程序中设定的常量），进入步骤S14；否则，下一周期进入步骤S12；

步骤S14：将当前周期作为加速度峰值点，

为检测到的加速度峰值。

加速度峰值搜索过程如图9所示。

图中，t₀，t_k，…，为采样时刻；t_p为峰值出现的时刻，t_p+n为***检测到峰值的时刻，a_p为检测到的加速度峰值。由图9可见，虽然***检测到峰值的时刻比峰值出现的时刻滞后n个周期，作为一种较佳的实施方式，加速度峰值检测滞后周期n的取值一般为2~5，但由于微处理器控制的防空转防滑***控制周期很短，所以此处滞后造成的牵引力损失很小；此外，由于这个滞后的存在，可以确保力矩卸载停止后

，从而增加了控制的可靠性。

为验证本专利提出的机车空转滑行保护控制方法的优越性，将它应用到了HXD1C交流传动电力机车粘着利用控制***中，图11为现场采集的空转保护波形。为了进行对比，图12给出了采用传统方案的波形。本发明所描述的机车空转滑行保护控制方法也可以适用和移植于其他轨道交通车辆的空转滑行保护控制。

图11、图12清晰地表明，二者空转程度相当，在整个空转保护过程中，采用新方案的力矩下降幅度不到传统方案的50%，足见其巨大的优越性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种机车空转滑行保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时检测机车轮对加速度                                               

，当加速度超过保护阈值时，即在时开始卸载力矩，并在卸载过程中不断搜索加速度的峰值，即在

时达到峰值，当搜索到峰值时立即停止卸载力矩，电机转矩变化率

，机车轮对粘着重新恢复，机车轮对粘着力变化率

；

其中，

为机车轮对的角速度，

为时间，

为加速度保护阈值，

为电机施加于机车轮对的转矩。

2.根据权利要求1所述的一种机车空转滑行保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在检测到加速度微分信号

之前，即加速度达到峰值之前，加速度微分信号

，机车轮对转动加速度增加速率逐渐变小；

在检测到加速度微分信号

之后，即加速度达到峰值之后，加速度微分信号

，机车轮对转动加速度逐渐变小。

3.根据权利要求2所述的一种机车空转滑行保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、根据公式

计算机车轮对的加速度，其中，

为k时刻的轮对角速度，

为k-1时刻的轮对角速度，T_s为采样周期；

S02、判断机车轮对加速度a是否大于设定加速度保护阈值

，如果a<a_g，则结束；如果a≥a_g，则转入步骤S03；

S03、进入空转保护卸载步骤，卸载就是减小电机输出转矩，根据公式ΔT=k×(a-a_g) 计算每个周期要卸载的输出转矩量，根据公式T_k=T_k-1－ΔT计算K时刻的电机输出转矩量，其中，ΔT为输出转矩卸载量，k为卸载系数，a为当前检测的机车轮对加速度，a_g为加速度保护阈值，T_k为K时刻的电机输出转矩量，T_k-1为K-1时刻的电机输出转矩量；

S04、进入加速度峰值检测步骤，检测加速度峰值；

S05、如果检测到加速度峰值，则停止力矩卸载，如果未检测到加速度峰值，则返回步骤S03。

4.根据权利要求3所述的一种机车空转滑行保护控制方法，其特征在于，所述加速度峰值的搜索过程包括以下步骤：

S11、进入空转保护卸载后，将当前周期的加速度值

设为加速度峰值，并将峰值搜索计数器清零，下一周期进入步骤S12；

S12、比较当前周期加速度值与的大小，如果

，将峰值搜索计数器加1，进入步骤S13；如果 

，则使

，并将峰值搜索计数器清零，下一周期进入步骤S12；

S13、检查峰值搜索计数器的值，如果大于等于加速度峰值检测滞后周期n，进入步骤S14；否则，下一周期进入步骤S12；

S14、将当前周期作为加速度峰值点，

为检测到的加速度峰值。

5.根据权利要求4所述的一种机车空转滑行保护控制方法，其特征在于，所述的加速度峰值检测滞后周期n为2~5。

6.根据权利要求5所述的一种机车空转滑行保护控制方法，其特征在于，在搜索到加速度峰值之后就停止力矩的卸载，退出机车轮对空转滑行保护控制模式，机车牵引力的控制随即进入轮对粘着调节模式阶段。

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