CN107757584A - 一种制动控制方法、双机重联机车制动***及制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制动控制方法、双机重联机车制动***及制动方法，其中，制动控制方法包括：步骤1：获取机车的车速参数，步骤2：利用步骤1的车速参数计算出滑模面的输入量e，步骤3：根据步骤2的输入量e，结合***滑模控制原理和机车动力学原理计算出滑模控制的等效控制量U_eq，将步骤2的输入量e，结合***滑模面的切换函数以及模糊控制器得到模糊控制量U_F，根据步骤3的等效控制量U_eq和步骤4的模糊控制量U_F计算出制动力矩T_b，通过制动力矩T_b实现制动控制。本发明采用上述方法将滑模控制和模糊控制相结合，克服***模型不精确和扰动的影响同时消除抖动和逼近不确定***，使得机车的滑移率保持在最佳滑移率附件，提高制动效果。

Description

一种制动控制方法、双机重联机车制动***及制动方法

技术领域

本发明涉及铁路交通技术领域，尤其涉及一种制动控制方法、双机重联机车制动***及制动方法。

背景技术

随着我国电气化铁路的发展，铁路技术装备的不断更新，铁路信号智能化程度越来越高，铁路运输过程中对机车实际运行条件要求更高，制动机等关键部件的性能稳定性直接影响着列车运行技术的发展和人身货物安全。根据机车实际情况下控制***的控制输出有延时，***状态的测量有误差，控制输出有机械限制。由于不连续的开关特性所导致的***的“抖动”，导致现有的机车制动机在制动时，制动效果不佳。

发明内容

针对现有的机车制动过程中，由于***的抖动问题而导致机车制动效果不佳的问题，本发明提供一种制动控制方法、双机重联机车制动***及制动方法，结合滑膜控制和模糊控制，提高制动控制过程的制动效果，消除***“抖动”。

第一方面，本发明提供一种制动控制方法，包括：

步骤1：获取机车的车速参数；

其中，当检测到机车制动***不稳定时，采集机车车轮速度的变化曲线并计算出车速参数，所述车速参数包括车身的参考车速车身与车轮的实际相对速度σ、最佳滑移率λ_d；

步骤2：利用步骤1的所述车速参数计算出滑模面的输入量e；

首先，根据车身的参考车速以及最佳滑移率λ_d计算出车身与车轮的参考相对速度σ_d；

然后，计算车身与车轮的参考相对速度σ_d与车身与车轮的实际相对速度σ的差得到车身与车轮的相对速度的偏差值；

所述车身与车轮的相对速度的偏差值为滑模面的输入量e；

步骤3：根据步骤2的输入量e，结合***滑模控制原理和机车动力学原理计算出滑模控制的等效控制量U_eq；

步骤4：将步骤2的输入量e，结合***滑模面的切换函数以及模糊控制器得到模糊控制量U_F；

首先，将步骤2的输入量e作为代入滑模面的切换函数后得到切换函数值s以及切换函数值的微分

然后，将切换函数值s以及切换函数值的微分作为输入值输入模糊控制器得到模糊控制量U_F；

步骤5：根据步骤3的等效控制量U_eq和步骤4的模糊控制量U_F计算出制动力矩T_b，通过所述制动力矩T_b实现制动控制。

获取车速参数的过程为：首先采用现有的方法根据机车车轮速度的变化曲线先计算出车身的参考车速然后采用现有的方法根据车身的参考车速以及机车车轮速度的变化曲线计算出最佳滑移率以及车身与车轮的实际相对速度σ。

制动力矩T_b是针对整个机车***的车轮制动力矩，而对于机车空气制动***，其空气压力对于制动***可视为稳定的压力源，在制动***结构和调压方式确定的情况下，车轮制动力矩T_b(t)通常与轮缸制动压力P(t)成正比，其关系如下：T_b(t)＝K·P(t)，其中系数K为制动力矩系数，因此得出制动力矩后通过对轮缸进行操作如如充风、保压或者排风，来控制制动缸压力，实现机车车轮的制动控制。

判断机车制动***是否稳定具体是根据过滑模变结构控制***在滑模面上的运动来判断的。滑模变结构控制***的控制输出有延时，***状态的测量有误差，控制输出有机械限制。当检测到***不稳定时，采集车速参数通过上述步骤1-步骤5的方法得到机车的制动力矩来实现制动，即对等效控制量和模糊控制量进行求和得出制动力矩，其中模糊控制量是将切换函数值s以及切换函数值的微分进行模糊化处理，使其与模糊控制器的输入相匹配，进而输入模糊规则库中可以得到相应的模糊输出，对模糊输出进行反模糊化处理后可以得到精确的模糊控制量。而当检测到***稳定时，采集数据计算出等效控制量，依据等效控制量U_eq来实现对机车的制动控制。即仅仅采用滑模控制来实现对机车车轮的制动控制。

优选地，构建步骤4中的模糊控制器的过程如下：

步骤21：选择模糊控制器的结构，并设定模糊集；

将***滑模面的切换函数离散化后，选择以切换函数值s的离散值s(k)以及切换函数值的微分的离散值ds(k)作为模糊控制器的输入，输出量U_F(k)，构建二输入与一输出的模糊控制器结构；

设定模糊集为：PB＝正大，PM＝正中，PS＝正小，ZE＝零，NS＝负小，NM＝负中，NB＝负大；

步骤22：依据步骤21设定的模糊集设定切换函数值s的离散值s(k)、切换函数值的微分的离散值ds(k)以及输出量U_F(k)的语言值和论域；

步骤23：根据机车制动控制***的物理特性获取模糊控制策略；

所述模糊控制策略为：当s(k)＞0、ds(k)＞0时，U_F(k)为个正大的控制量；当s(k)＞0、ds(k)＝0时，U_F(k)为个正小的控制量；当s(k)＞0、ds(k)＜0时，U_F(k)为个正小的控制量或者零控制量；当s(k)＝0、ds(k)＞0时，U_F(k)为个正小的控制量；当s(k)＝0、ds(k)＝0时，U_F(k)为个零控制量；当s(k)＝0、ds(k)＜0时，U_F(k)为个负小的控制量；当s(k)＜0、ds(k)＞0时，U_F(k)为个负小的控制量或零控制量；当s(k)＜0、ds(k)＝0时，U_F(k)为个负小的控制量；

步骤24：根据上述步骤23所述的模糊控制策略，结合控制量模糊论域，得到步骤21所确定的结构的模糊控制器的模糊控制规则表。

其中，构建模糊控制器需要先设定模糊控制器的结构、模糊集，然后还要模糊控制器的模糊控制规则表。得到确定模糊结构的模糊控制器的模糊控制规则表后，依据模糊控制器的输入量以及模糊控制规则表能够得到模糊控制器的输出量U_F(k)，对所述输出量U_F(k)进行反模糊化处理后得到所述模糊控制器的模糊控制量U_F。

得到精确的模糊控制量的过程为：在s(k)和ds(k)输入控制器之后，先需要对s(k)和ds(k)进行模糊化处理，以便与模糊控制器的输入相匹配；s(k)和ds(k)模糊化后，输入模糊规则库就可以得到相应的模糊输出，而对模糊输出进行反模糊化之后就可以得到精确的控制量U_F，优选采用加权平均值法对模糊控制器的输出量进行模糊判决，得到精确的模糊控制量。将滑模控制以及模糊控制相结合，设计引入滑模的模糊控制器来消除***的抖动。

优选地，所述切换函数值s的离散值s(k)、切换函数值的微分的离散值ds(k)以及输出量U_F(k)的语言值和论域设定如下所示：

s(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

ds(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

U_F(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

s(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；

ds(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；

U_F(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；

其中，s(k)表示k时刻的切换函数值，ds(k)表示k时刻的切换函数值的微分，U_F(k)表示k时刻的输出量的离散值。

优选地，所述滑模面的切换函数的设定如下：

其中，ρ是一个正定的参数，t表示时间。

构建模糊控制器时，将滑模面方程离散化得到在T采样时间内，第k时刻滑模面的表达式如下：

其中，s(k)表示k时刻的切换函数值，e(k)表示k时刻的输入量，e(i)为e(t)的离散值；

此外，e(k)＝σ_d(k)-σ(k)，σ(k)＝λv(k)＝v(k)-rw(k)，ds(k)＝e(k)-(1-ρ)e(k-1)；

其中，σ_d(k)为在第k时刻车身与车轮的参考相对速度，σ(k)为在第k时刻车身与车轮的实际相对速度，λ为滑移率，v(k)为在第k时刻车身的车速，w(k)为在第k时刻车轮转速，e(k-1)为第k-1时刻的输入量，即第k-1时刻车身与车轮的相对速度的偏差值。

基于上述公式以及针对机车制动控制***的物理特性分析可知，在已有的等效控制输出为U_eq的情况下，当U_F(k)增大，w(k)减小，σ(k)增大，e(k)减小为负值，ds(k)减小为负值，同时s(k)也减小；在相同初始条件下，当U_F(k)减小时，e(k)增大为正值，同理ds(k)增大为正值，同时s(k)也增大。因此，根据机车制动控制***的物理特性获取模糊控制策略如下：

(1)当s(k)＞0、ds(k)＞0时，为了减小s(k)和ds(k)，U_F(k)需要输出一个正大的控制量；

(2)当s(k)＞0、ds(k)＝0时，此时s(k)的趋势是不变，但为了减小s(k)，U_F(k)需要输出一个正小的控制量；

(3)当s(k)＞0、ds(k)＜0时，此时s(k)的趋势是减小，故正U_F(k)输出正小控制量或者零控制量即可；

(4)当s(k)＝0、ds(k)＞0时，此时s(k)虽然为零，但其趋势是增大，为了抵消这种趋势，U_F(k)需要输出一个正小的控制量；

(5)当s(k)＝0、ds(k)＝0时，此时***稳定，为了保持s(k)和ds(k)，U_F(k)输出零控制量即可。

(6)当s(k)＝0、ds(k)＜0时，此时s(k)虽然为零，其趋势是减小，为了抵消这种趋势，U_F(k)需要输出一个负小的控制量；

(7)当s(k)＜0、ds(k)＞0时，此时s(k)的趋势是增大，故U_F(k)输出负小控制量或者零控制量即可；

(8)当s(k)＜0、ds(k)＝0时，此时s(k)的趋势是不变，为了增大s(k)，故U_F(k)需要输出负小的控制量；

(9)当s(k)＜0、ds(k)＜0时，为了增大s(k)和ds(k)，U_F(k)需要输出一个负大的控制量；

根据上述模糊控制策略分析，结合控制量模糊论域，得到模糊控制规则表，如表1所示：

表1

优选地，所述滑模控制的等效控制量U_eq的计算公式如下：

结合***滑模控制原理和机车动力学原理得到等效控制量U_eq的计算公式如下所示：

式中，J为单个车轮惯量，r为机车车轮半径，为车身与车轮的参考相对速度的加速度，M机车车身总质量，∑F_a为整车粘着力，T_a为整车粘着力矩，ρ是一个正定的参数；

其中，将车身与车轮的参考相对速度的加速度的值取为车身与车轮的参考相对速度的加速度的估计值计算方式如下：

式中，为机车车身加速度的估计值，是机车车身的参考车速通过一阶滤波器后得出的，q、τ为所述一阶滤波器的参数；

其中，将整车粘着力∑F_a的值取为整车粘着力的估计值计算方式如下：

式中，T_b'为单轮的制动力矩，w表示车轮角速度；

其中，将整车粘着力矩T_a取值为整车粘着力矩的估计值计算公式如下：

采用现有的方式可以计算出单轮的制动力矩T_b'。

第二方面，本发明还公开了一种双机重联机车制动***，包括：设置于双机重联机车上，包括：第一制动***和第二制动***；

所述第一制动***设置于第一节车中，包括：第一中央控制单元，第一制动控制单元，第一转换模块以及第一大小闸；

所述第二制动***设置与第二节车中，包括：第二中央控制单元、第二制动控制单元，第二转换模块以及第二大小闸；

其中，所述第一中央控制单元、所述第一制动控制单元，所述第一转换模块以及所述第二中央控制单元、所述第二制动控制单元，所述第二转换模块均与机车网络的MVB总线连接；

所述第一制动控制单元，所述第一转换模块以及所述第二制动控制单元，所述第二转换模块均与CAN总线连接；

所述第一制动控制单元、第一转换模块均与第一大小闸进行通信，用于采集大小闸指令；

所述第一节车为操作节车且所述第一制动控制单元和所述第二制动单元故障时，所述第一转换模块用于从所述第一大小闸采集到大小闸指令后，采用上述权利要求1-5任一项所述的控制方法实现机车制动控制，并通过所述第一节车的MVB总线将制动的状态数据发送给所述第一中央控制单元。

状态数据包括：制动机的控制输出量、控制目标值、风缸压力，机车制动的状态数据是制动过程常见的数据，制动过程会生成或者必然可以获知的数据。机车制动***可以实现双节机车热备冗余，第一节车为操作节，第二节为非操作节，操作节和非操作节的制动均出现问题时，操作节的第一转换模块接替操作节的第一制动控制单元实现列车制动，且操作节的第一转换模块接替第一制动控制单元更新MVB端口的数据，此时，第一转换模块使用上述机车制动控制方法实现制动控制。

优选地，所述第一转换模块包括：获取单元、运算单元和控制单元；

其中，获取单元，用于采集车速信号来获取车速参数；

获取单元采集机车车轮速度的变化曲线并计算出车速参数，所述车速参数包括车身的参考车速车身与车轮的实际相对速度σ、最佳滑移率λ_d；

运算单元，用于利用所述车速参数计算出滑模面的输入量e；

其中，运算单元首先根据车身的参考车速以及最佳滑移率λ_d计算出车身与车轮的参考相对速度σ_d；然后计算车身与车轮的参考相对速度σ_d与车身与车轮的实际相对速度σ的差得到车身与车轮的相对速度的偏差值；

所述车身与车轮的相对速度的偏差值为滑模面的输入量e；

运算单元，用于根据步骤2的输入量e，结合***滑模控制原理和机车动力学原理计算出滑模控制的等效控制量U_eq；

运算单元，用于将输入量e，结合***滑模面的切换函数以及模糊控制器得到模糊控制量U_F；

其中，运算单元首先将输入量e作为代入滑模面的切换函数后得到切换函数值s以及切换函数值的微分然后将切换函数值s以及切换函数值的微分作为输入值输入模糊控制器得到模糊控制量U_F；

控制单元，用于根据等效控制量U_eq和模糊控制量U_F计算出制动力矩T_b，通过所述制动力矩T_b实现制动控制。

优选地，所述第一转换模块和所述第二转换模块均包括：3U机箱、面板、EMI板、电源板、IO输入板、控制板和背板，

所述EMI板、电源板、IO输入板和控制板均连接在背板相应板位上，并封装于所述3U机箱内部，外部信号接口通过所述面板的接口连接；

所述EMI板外接电源，用于对外部输入电源进行滤波、整流和过流防护；

所述电源板与所述EMI板、IO输入板、控制板连接，用于对述EMI板输出电源的电压进行转换；

所述IO输入板与所述控制板通信，用于采集大小闸指令，并传输给所述控制板；

所述控制板与所述CAN总线、所述MVB总线通信，用于发送数据至所述CAN总线、所述MVB总线以及从所述CAN总线、所述MVB总线接收数据，所述控制板还用于实现对机车制动控制。

IO输入板前端面板接口连接至大小闸，大小闸为制动控制器，IO输入板底部通过背板上数据总线连接至控制板；可以同时使用两块电源板，实现热备冗余功能；控制板是该装置的核心，利用赛灵思FPGA实现MVB网络协议栈以及使用SJA1000作为CAN通信的控制器，并在PC104架构的核心板上运行主要的逻辑程序和控制算法。

优选地，所述第一节车位为操作节车且所述第一制动控制单元故障时，所述第一转换模块还用于从所述第一大小闸采集到大小闸指令后，并通过所述CAN总线发送所述大小闸指令给所述第二制动控制单元；

所述第二制动控制单元用于对所述第一节车实现制动控制，将制动的状态数据通过CAN总线发送给所述第一转换模块；

所述第一转换模块还用于接收到所述状态数据后，通过第一节车的MVB总线将所述状态数据发送给所述第一中央控制单元。

机车制动***可以实现双节机车热备冗余，第一节车为操作节，第二节为非操作节，且操作节机车制动出现问题后，操作节的第一转换模块可以将操作节机车的制动机的指令发往非操作节，非操作节的第二制动控制单元能够接替操作节的第一制动控制单元实现列车制动，且操作节的第一转换模块接替第一制动控制单元更新MVB端口的数据，将相应的数据发送给操作节的第一中央控制单元，使第一中央控制单元不报操作节的第一制动控制单元的故障。

第三方面，本发明还公开了一种应用于上述双机重联机车制动***的制动方法，包括：

当第一节车为操作节车且第一制动控制单元和第二制动单元均故障时，首先，所述第一转换模块从第一大小闸采集到大小闸指令；

然后，所述第一转换模块进行机车制动控制，并过所述第一节车的MVB总线将制动的状态数据发送给所述第一中央控制单元；

当所述第一节车位为操作节车且所述第一制动控制单元故障时，首先，所述第一转换模块从第一大小闸采集到大小闸指令，并通过所述CAN总线发送所述大小闸指令给所述第二制动控制单元；

然后，所述第二制动控制单元接收到所述大小闸指令后，对所述第一节车实现制动控制，并将制动的状态数据通过CAN总线发送给所述第一转换模块；

最后，所述第一转换模块接收到所述状态数据后，通过第一节车的MVB总线将所述状态数据发送给所述第一中央控制单元。

即使操作节的制动出现了问题，可以由非操作节的制动控制单元来接替操作节的制动控制单元实现制动控制，若操作节和非操作节的制动均出现问题，则由转换模块来接替操作节的制动控制单元来实现制动控制。同时转换模块还接替制动控制单元的数据更新功能，实现对第一节车的MVB端口的数据更新，促使机车不再报告操作节的制动控制单元故障。

有益效果：

本发明提供一种机车制动控制方法，通过获取车速参数后，计算出滑模面的输入量e，进而根据输入量e计算出滑模控制的等效控制量U_eq以及根据输入量e，结合***滑模面的切换函数以及模糊控制器得到模糊控制量U_F；再根据等效控制量U_eq和模糊控制量U_F计算出制动力矩T_b，通过所述制动力矩T_b实现对机车车轮和机车车身的控制，将滑模控制和模糊控制相结合，由于模糊控制无需预先知道被控对象的精确数学模型，可以对无法求取对象的数学模型进行能克服非线性因素的影响、对被控对象的参数变化不敏感等有效控制，采用模糊滑模控制方法。在模糊滑模控制中，用滑模控制来克服***模型不精确和扰动的影响，以及降低***的阶数；同时引入了模糊控制来实时估计***不确定量的边界值以消除抖动和逼近不确定***，使得机车的滑移率保持在最佳滑移率附件，且当滑移率维持在最佳滑移率附件时，可以充分利用粘着来缩短制动距离。

此外，本发明提供的双机重联机车制动***以及制动方法通过设置了转换模块，可以实现双机重联机车的制动机的热备冗余功能，操作节和非操作节的制动均出现问题时，操作节的第一转换模块接替操作节的第一制动控制单元实现列车制动，且操作节的第一转换模块接替第一制动控制单元更新MVB端口的数据，第一转换模块使用上述机车制动控制方法实现制动控制；而当操作节的制动出现了问题但非操作节的制动功能完好时，通过操作节的第一转换模块，非操作节的制动控制单元来接替操作节的制动控制单元实现制动控制，进而可以解决机车制动***或者制动机其他部件发生故障给机车带来潜在的威胁，提高机车运行可靠性，从而保证机车的运行安全。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种机车制动控制方法的示意性流程图；

图2是本发明实施例提供的一种双机重联机车制动***的示意性框图；

图3是本发明实施例提供的一种双机重联机车制动***的网络拓扑图；

图4是本发明实施例提供的第一转换模块的功能性框图；

图5是本发明实施例提供的第一转换模块和第二转换模块的硬件功能框图。

具体实施方式

下述将结合具体实施例以及附图对本发明进行说明。

本发明提供一种机车制动控制方法，如图1所示，在***不稳定时，该控制方法包括如下步骤：

步骤1：获取机车的车速参数；

步骤2：利用步骤1的所述车速参数计算出滑模面的输入量e；

步骤3：根据步骤2的输入量e，结合***滑模控制原理和机车动力学原理计算出滑模控制的等效控制量U_eq；

步骤4：将步骤2的输入量e，结合***滑模面的切换函数以及模糊控制器得到模糊控制量U_F；

步骤5：根据步骤3的等效控制量U_eq和步骤4的模糊控制量U_F计算出制动力矩T_b，通过所述制动力矩T_b实现制动控制。

稳定状态下由滑模控制的等效控制量U_eq来保证***继续沿着滑模面s＝0运动，不稳定状态时，模糊控制器将输出一个比较大的控制量U_F，与等效控制量U_eq求和得到最终的控制量T_b，使***轨迹朝滑模面运动。

其中，步骤1具体是当检测到机车制动***不稳定时，采集机车车轮速度的变化曲线并计算出车速参数，车速参数包括车身的参考车速车身与车轮的实际相对速度σ、最佳滑移率λ_d；例如可以采用递推最小二乘算法、小波分析方法、卡尔曼滤波在线估计算法、纵向附着系数-滑移率(μ-s)曲线逼近等方法计算出最佳滑移率λ_d；例如采用最大轮速法、差值法、基于动力模型的参考车速计算方法、卡尔曼滤波法、递归法等方法计算出车身的参考车速例如利用σ＝v-rw计算出车身与车轮的实际相对速度σ，其中v表示车身的车速、r表示车轮半径，w表示车轮的角速度。

其中，步骤2中计算出滑模面的输入量e的过程如下：

首先，根据车身的参考车速以及最佳滑移率λ_d计算出车身与车轮的参考相对速度σ_d，其中，然后，计算车身与车轮的参考相对速度σ_d与车身与车轮的实际相对速度σ的差得到车身与车轮的相对速度的偏差值，车身与车轮的相对速度的偏差值为滑模面的输入量e，其中，e＝σ_d-σ。

其中，步骤3中滑模控制的等效控制量U_eq的计算公式如下：

结合***滑模控制原理和机车动力学原理得到等效控制量U_eq的计算公式如下所示：

式中，J为单个车轮惯量，r为机车车轮半径，为车身与车轮的参考相对速度的加速度，M机车车身总质量，∑F_a为整车粘着力，T_a为整车粘着力矩，ρ是一个正定的参数；

其中，将车身与车轮的参考相对速度的加速度的值取为车身与车轮的参考相对速度的加速度的估计值

式中，为机车车身加速度的估计值，是机车车身的参考车速通过一阶滤波器后得出的，q、τ为所述一阶滤波器的参数；

其中，将整车粘着力∑F_a的值取为整车粘着力的估计值计算方式如下：

式中，T_b'为单轮的制动力矩，w表示车轮角速度，其中采用现有的方法可以计算出单轮的制动力矩T_b'；

其中，将整车粘着力矩T_a取值为整车粘着力矩的估计值计算公式如下：

因此可知，本实施例中等效控制量U_eq的实际计算公式如下：

其中，步骤4中模糊控制量U_F的具体过程如下：

首先，将步骤2的输入量e作为代入滑模面的切换函数后得到切换函数值s以及切换函数值的微分然后，将切换函数值s以及切换函数值的微分作为输入值输入模糊控制器得到模糊控制量U_F。

其中，构建步骤4中的模糊控制器的过程如下：

步骤21：选择模糊控制器的结构，并设定模糊集；

步骤22：依据步骤21设定的模糊集设定切换函数值s的离散值s(k)、切换函数值的微分的离散值ds(k)以及输出量U_F(k)的语言值和论域；

步骤23：根据机车制动控制***的物理特性获取模糊控制策略；

步骤24：根据上述步骤23的模糊控制策略，结合控制量模糊论域，得到步骤21所确定的结构的模糊控制器的模糊控制规则表，其中依据模糊控制器的输入量以及模糊控制规则表可以得到模糊控制器的输出量U_F(k)，对所述输出量U_F(k)进行反模糊化处理后得到所述模糊控制量U_F。

具体的，模糊控制首先选择以滑模面函数s和滑模面函数的导数作为模糊控制器的输入，以制动缸的输出力矩作为输出。首先定义***滑模面的切换函数其中ρ是一个正定的参数，t表示时间；然后将***滑模面的切换函数离散化得到在T采样时间内，第k时刻滑模面的表达式如下：

其中，s(k)表示k时刻的切换函数值，e(k)表示k时刻的输入量，e(i)为e(t)的离散值，具体的，选择以切换函数值s的离散值s(k)以及切换函数值的微分的离散值ds(k)作为模糊控制器的输入，输出量U_F(k)，构建二输入与一输出的模糊控制器结构。

其中，设定模糊集为：PB＝正大，PM＝正中，PS＝正小，ZE＝零，NS＝负小，NM＝负中，NB＝负大

其中，依据步骤21设定的模糊集设定的步骤22中切换函数值s的离散值s(k)、切换函数值的微分的离散值ds(k)以及输出量U_F(k)的语言值如下所示：

s(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

ds(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

U_F(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

依据步骤21设定的模糊集设定的步骤22中切换函数值s的离散值s(k)、切换函数值的微分的离散值ds(k)以及输出量U_F(k)的论域如下所示：

s(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；

ds(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；

U_F(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}。

步骤23中根据机车制动控制***的物理特性有如下分析：

结合***滑模面的切换函数，还有如下公式：

e(k)＝σ_d(k)-σ(k)，σ(k)＝λv(k)＝v(k)-rw(k)，ds(k)＝e(k)-(1-ρ)e(k-1)；

其中，σ_d(k)为在第k时刻车身与车轮的参考相对速度，σ(k)为在第k时刻车身与车轮的实际相对速度，λ为滑移率，v(k)为在第k时刻车身的车速，w(k)为在第k时刻车轮转速，e(k-1)为第k-1时刻的输入量，即第k-1时刻车身与车轮的相对速度的偏差值。

针对机车制动控制***的物理特性并根据上述公式以及***滑模面的切换函数分析，在已有的等效控制输出为U_eq的情况下，当U_F(k)增大，w(k)减小，σ(k)增大，e(k)减小为负值，ds(k)减小为负值，同时s(k)也减小；在相同初始条件下，当U_F(k)减小时，速度差误差e(k)增大为正值，同理ds(k)增大为正值，同时s(k)也增大。

在不同的s(k)和ds(k)下，控制过程中U_F(k)的调整规则可以表述为以下几点：

(1)当s(k)＞0、ds(k)＞0时，为了减小s(k)和ds(k)，U_F(k)需要输出一个正大的控制量；

(2)当s(k)＞0、ds(k)＝0时，此时s(k)的趋势是不变，但为了减小s(k)，U_F(k)需要输出一个正小的控制量；

(3)当s(k)＞0、ds(k)＜0时，此时s(k)的趋势是减小，故正U_F(k)输出正小控制量或者零控制量即可；

(4)当s(k)＝0、ds(k)＞0时，此时s(k)虽然为零，但其趋势是增大，为了抵消这种趋势，U_F(k)需要输出一个正小的控制量；

(5)当s(k)＝0、ds(k)＝0时，此时***稳定，为了保持s(k)和ds(k)，U_F(k)输出零控制量即可。

(6)当s(k)＝0、ds(k)＜0时，此时s(k)虽然为零，其趋势是减小，为了抵消这种趋势，U_F(k)需要输出一个负小的控制量；

(7)当s(k)＜0、ds(k)＞0时，此时s(k)的趋势是增大，故U_F(k)输出负小控制量或者零控制量即可；

(8)当s(k)＜0、ds(k)＝0时，此时s(k)的趋势是不变，为了增大s(k)，故U_F(k)需要输出负小的控制量；

(9)当s(k)＜0、ds(k)＜0时，为了增大s(k)和ds(k)，U_F(k)需要输出一个负大的控制量；

根据上述控制策略分析，结合控制量模糊论域，可以得到U_F(k)的模糊控制规则表，如表1所示。将输出量进行反模糊化处理后可以得到精确的模糊控制量。优选反模糊化处理为加权平均值法，其他可行的实施例中，反模糊化还可以是最大隶属度法、中位数法等。

需要说明的是，上述机车制动控制方法适用于机车制动过程，通过结合模糊控制和滑模控制的原理得出制动力矩，通过制动缸的制动力矩实现对机车的制动控制。

还需要说明的是，本发明优选将上述制动控制方法应用于双机重联机车制动***，具体应用于双机重联机车。

如图2和图3所示，本发明提供的一种双机重联机车制动***，设置于双机重联机车上，包括：第一制动***和第二制动***；

第一制动***20设置于第一节车中，包括：第一CCU22(Central Control Unit，中央控制单元)，第一BCU23(Basic Communication Unit，制动控制单元)，第一转换模块24以及第一大小闸25；第二制动***21设置与第二节车中，包括：第二CCU26、第二BCU27，第二转换模块28以及第二大小闸29。

其中，第一CCU22、第一BCU23，第一转换模块24以及第二CCU26、第二BCU27，第二转换模块28均与机车网络的MVB总线连接；第一BCU23，第一转换模块24以及第二BCU27，第二转换模块28均与CAN总线连接；第一BCU23，第一转换模块24均与第一大小闸25进行通信，用于采集大小闸指令。

本实施例第一节车为操作节，第二节车为非操作节，正常模式下，操作节的第一BCU23发送一帧CAN数据，将本节机车的第一BCU23的工作模式以及生命信号发送到CAN总线上，其中，生命信号是用于记录BCU是否处于正常状态。操作节的第一BCU23负责机车制动控制，第一转换模块24处于热备状态，第一转换模块24从第一大小闸25采集大小闸指令，并通过CAN总线接收第一BCU23的生命信号，不发送CAN数据帧也不启动MVB端口，第一转换模块24的数字IO板没有输入信号读入。

操作节的第一BCU23故障时，如电源或者控制板故障而导致无法实现制动，第一转换模块24将自动投入冗余切换功能。操纵节故障后称为故障节，非操纵节称为冗余节。该模式下制动机的本补切换需要手动操作。具体过程如下：

第一转换模块24未接收到第一BCU23的生命信号，自动投入冗余切换功能，将采集到的本节车的大小闸信号以及第一CCU22的端口数据发送到CAN总线上，其中端口数据如设备名、设备号、车号；非操作节的第二BCU27收到第一转换模块24发送的大小闸指令后，采用该指令作为控制程序的输入条件，并将状态数据发送到CAN总线上；第一转换模块24从CAN总线上收到状态数据，并更新操作节的MVB源端口，使第一使CCU不报第一BCU23故障。

同理，非操作节的第二BCU27故障时，基于上述相同的原理，第二转换模块28自动投入冗余切换功能，并由操作节的第一BCU23接替控制。

第一节车为操作节车且第一BCU23和第二制动单元故障时，第一转换模块24自动投入冗余切换功能并接替第一BCU23控制功能实现机车制动控制，同时更新MVB源端口。其中，第一转换模块24采用上述机车制动控制方法实现机车的有效制动，通过运行模糊滑模控制算法来实现快速、可靠制动。

如图4所示，第一转换模块24运行模糊滑模控制算法实现制动的过程，第一转换模块24包括获取单元41、运算单元42和控制单元43。

其中，获取单元41，用于采集车速信号来获取车速参数；

运算单元42，用于利用所述车速参数计算出滑模面的输入量e；

运算单元42，还用于根据步骤2的输入量e，结合***滑模控制原理和机车动力学原理计算出滑模控制的等效控制量U_eq；

运算单元42，还用于将输入量e，结合***滑模面的切换函数以及模糊控制器得到模糊控制量U_F；

控制单元43，用于根据等效控制量U_eq和模糊控制量U_F计算出制动力矩T_b，通过所述制动力矩T_b实现制动控制。

其中，具体的实施方式可参照上述机车制动控制方法中的相关描述，再此不再赘述。

如图5所示，从硬件配置上而言，第一转换模块24和所述第二转换模块28均包括3U机箱、面板、EMI板、电源板、IO输入板、控制板和背板。

EMI板、电源板、IO输入板和控制板均连接在背板相应板位上，并封装于3U机箱内部，外部信号接口通过面板的接口连接；EMI板外接电源，用于对外部输入电源进行滤波、整流和过流防护；电源板与EMI板、IO输入板、控制板连接，用于对述EMI板输出电源的电压进行转换，电源板可以单独一块使用，也可以两块同时使用来实现热备冗余功能；IO输入板与控制板通信，用于采集大小闸指令，并传输给控制板；控制板与CAN总线、MVB总线通信，用于发送数据至CAN总线、MVB总线以及从CAN总线、MVB总线接收数据，控制板还用于实现对机车制动控制。

转换模块上的控制板是其核心部件，运行主要的逻辑程序和控制算法，用于解决机车制动***逻辑控制、智能算法控制、网络通讯、制动显示、数据记录、存储等问题并与列车其他设备通过MVB总线通信，其中，控制板采用PC/104架构，运行QNX6.5实时操作***和ISaGRAF5的应用程序，控制板面板上有4个D-SUB9的连接器，其中两个用于MVB另外两个用于CAN总线连接器，3个用于显示***状态的数码管、2个功能设置按键、1个M12连接器。

IO输入板用于DC110V开关量信号的输入与处理。IO输入板上有20路输入通道，IO输入板负责将大小闸的110V数字量信号转换为控制板所需TTL电平信号。

本实施例中，各模块对外的接口定义根据需求来设计，一套***包含两种电源供电模式。第一种是110/24V-30W电源转换电路，另一种提供110/5V-50W的电源通路，***电源的供电范围为77-143V。两块电源板，一块电源板提供一路电源。一套转换装置需要两套电源，一套作为常用工作，另外一套作为热备冗余工作。机车110V直流电压给EMI板，在信号的传输过程中对信号进行滤波处理，以达到所要求的精度。EMI板在外部列车输入电源和转换装置内部电源板之间起着缓冲作用，有着滤波、整流和过流防护的作用。

基于上述双机重联机车制动***，本发明提供的一种应用于上述双机重联机车制动***的制动方法包括：

当第一节车为操作节车且第一制动控制单元和第二制动单元均故障时，首先，第一转换模块从第一大小闸采集到大小闸指令；

然后，第一转换模块进行机车制动控制，并过第一节车的MVB总线将制动的状态数据发送给第一中央控制单元；

当第一节车位为操作节车且第一制动控制单元故障时，首先，第一转换模块从第一大小闸采集到大小闸指令，并通过CAN总线发送大小闸指令给第二制动控制单元；

然后，第二制动控制单元接收到大小闸指令后，对第一节车实现制动控制，并将制动的状态数据通过CAN总线发送给第一转换模块；

最后，第一转换模块接收到状态数据后，通过第一节车的MVB总线将状态数据发送给第一中央控制单元。

同理，当第一节车位为操作节车且第二制动控制单元故障时，可以参照当第一节车位为操作节车且第一制动控制单元故障时的流程，再此不再赘述。

综上所述，根据已有研究知道控制制动缸压力，把车轮滑移率维持在确定的水平，粘着就能得到有效地利用。在合理控制滑移率量值的基础上，充分利用机车的粘着力，即通过控制制动力使车轮滑移率保持在一定范围内，充分利用粘着来缩短制动距离。本发明提供的一种机车制动控制方法通过结合滑模控制和模糊控制可以有效、可靠地实现制动，消除扰动等影响，使得机车的滑移率保持在最佳滑移率附件，且当滑移率维持在最佳滑移率附件时，可以充分利用粘着来缩短制动距离。本实施例中优选将制动控制方法应用于本发明提供的双机重联机车制动***及制动方法中，其他可行的实施例中，制动控制方法还可以应用于其他模式的机车制动***中，本发明对此不进行具体的限定。

以上仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的范围内可对其进行许多修改，但都将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机车制动控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取机车的车速参数；

其中，当检测到机车制动***不稳定时，采集机车车轮速度的变化曲线并计算出车速参数，所述车速参数包括车身的参考车速车身与车轮的实际相对速度σ、最佳滑移率λ_d；

步骤2：利用步骤1的所述车速参数计算出滑模面的输入量e；

首先，根据车身的参考车速以及最佳滑移率λ_d计算出车身与车轮的参考相对速度σ_d；

然后，计算车身与车轮的参考相对速度σ_d与车身与车轮的实际相对速度σ的差得到车身与车轮的相对速度的偏差值；

所述车身与车轮的相对速度的偏差值为滑模面的输入量e；

步骤3：根据步骤2的输入量e，结合***滑模控制原理和机车动力学原理计算出滑模控制的等效控制量U_eq；

步骤4：将步骤2的输入量e，结合***滑模面的切换函数以及模糊控制器得到模糊控制量U_F；

首先，将步骤2的输入量e作为代入滑模面的切换函数后得到切换函数值s以及切换函数值的微分

然后，将切换函数值s以及切换函数值的微分作为输入值输入模糊控制器得到模糊控制量U_F；

步骤5：根据步骤3的等效控制量U_eq和步骤4的模糊控制量U_F计算出制动力矩T_b，通过所述制动力矩T_b实现制动控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：构建步骤5中的模糊控制器的过程如下：

步骤21：选择模糊控制器的结构，并设定模糊集；

将***滑模面的切换函数离散化后，选择以切换函数值s的离散值s(k)以及切换函数值的微分的离散值ds(k)作为模糊控制器的输入，输出量U_F(k)，构建二输入与一输出的模糊控制器结构；

设定模糊集为：PB＝正大，PM＝正中，PS＝正小，ZE＝零，NS＝负小，NM＝负中，NB＝负大；

步骤22：依据步骤21设定的模糊集设定切换函数值s的离散值s(k)、切换函数值的微分的离散值ds(k)以及输出量U_F(k)的语言值和论域；

步骤23：根据机车制动控制***的物理特性获取模糊控制策略；

所述模糊控制策略为：当s(k)＞0、ds(k)＞0时，U_F(k)为个正大的控制量；当s(k)＞0、ds(k)＝0时，U_F(k)为个正小的控制量；当s(k)＞0、ds(k)＜0时，U_F(k)为个正小的控制量或者零控制量；当s(k)＝0、ds(k)＞0时，U_F(k)为个正小的控制量；当s(k)＝0、ds(k)＝0时，U_F(k)为个零控制量；当s(k)＝0、ds(k)＜0时，U_F(k)为个负小的控制量；当s(k)＜0、ds(k)＞0时，U_F(k)为个负小的控制量或零控制量；当s(k)＜0、ds(k)＝0时，U_F(k)为个负小的控制量；

步骤24：根据步骤23所述模糊控制策略，结合控制量模糊论域，得到步骤21所确定的结构的模糊控制器的模糊控制规则表。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述切换函数值s的离散值s(k)、切换函数值的微分的离散值ds(k)以及输出量U_F(k)的语言值和论域设定如下所示：

s(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

ds(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

U_F(k)＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；

s(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；

ds(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；

U_F(k)＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；

其中，s(k)表示k时刻的切换函数值，ds(k)表示k时刻的切换函数值的微分，U_F(k)表示k时刻的输出量的离散值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述滑模面的切换函数的设定如下：

<mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mi>e</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;rho;</mi> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>t</mi> </msubsup> <mi>e</mi> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow>

其中，ρ是一个正定的参数，t表示时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述滑模控制的等效控制量U_eq的计算公式如下：

结合***滑模控制原理和机车动力学原理得到等效控制量U_eq的计算公式如下所示：

<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>J</mi> <mi>r</mi> </mfrac> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mover> <mi>&amp;sigma;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>d</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>M</mi> </mfrac> <msub> <mi>&amp;Sigma;F</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>r</mi> <mi>J</mi> </mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>e</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>;</mo> </mrow>

式中，J为单个车轮惯量，r为机车车轮半径，为车身与车轮的参考相对速度的加速度，M机车车身总质量，∑F_a为整车粘着力，T_a为整车粘着力矩，ρ是一个正定的参数；

其中，将车身与车轮的参考相对速度的加速度的值取为车身与车轮的参考相对速度的加速度的估计值计算方式如下：

<mrow> <mover> <mover> <mi>&amp;sigma;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>^</mo> </mover> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;lambda;</mi> <mi>d</mi> </msub> <mover> <mover> <mi>v</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>^</mo> </mover> <mo>;</mo> </mrow>

式中，为机车车身加速度的估计值，是机车车身的参考车速通过一阶滤波器后得出的，q、τ为所述一阶滤波器的参数；

其中，将整车粘着力∑F_a的值取为整车粘着力的估计值计算方式如下：

<mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <msub> <mover> <mi>F</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>a</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>r</mi> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>J</mi> <mi>q</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;tau;</mi> <mi>q</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> <mi>w</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>b</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

式中，T_b'为单轮的制动力矩，w表示车轮角速度；

其中，将粘着力矩T_a取值为粘着力矩的估计值计算公式如下：

<mrow> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>a</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>r</mi> <msub> <mover> <mi>F</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>a</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>J</mi> <mi>q</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;tau;</mi> <mi>q</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> <mi>w</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>b</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>

6.一种双机重联机车制动***，其特征在于：设置于双机重联机车上，包括：第一制动***和第二制动***；

所述第一制动***设置于第一节车中，包括：第一中央控制单元，第一制动控制单元，第一转换模块以及第一大小闸；

所述第二制动***设置与第二节车中，包括：第二中央控制单元、第二制动控制单元，第二转换模块以及第二大小闸；

其中，所述第一中央控制单元、所述第一制动控制单元，所述第一转换模块以及所述第二中央控制单元、所述第二制动控制单元，所述第二转换模块均与机车网络的MVB总线连接；

所述第一制动控制单元，所述第一转换模块以及所述第二制动控制单元，所述第二转换模块均与CAN总线连接；

所述第一制动控制单元、第一转换模块均与第一大小闸进行通信，用于采集大小闸指令；

所述第一节车为操作节车且所述第一制动控制单元和所述第二制动单元故障时，所述第一转换模块用于从所述第一大小闸采集到大小闸指令后，采用上述权利要求1-5任一项所述的控制方法实现机车制动控制，并通过所述第一节车的MVB总线将制动的状态数据发送给所述第一中央控制单元。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于：所述第一转换模块包括：获取单元、运算单元和控制单元；

其中，获取单元，用于采集车速信号来获取车速参数；

获取单元采集机车车轮速度的变化曲线并计算出车速参数，所述车速参数包括车身的参考车速车身与车轮的实际相对速度σ、最佳滑移率λ_d；

运算单元，用于利用所述车速参数计算出滑模面的输入量e；

其中，运算单元首先根据车身的参考车速以及最佳滑移率λ_d计算出车身与车轮的参考相对速度σ_d；然后计算车身与车轮的参考相对速度σ_d与车身与车轮的实际相对速度σ的差得到车身与车轮的相对速度的偏差值；

所述车身与车轮的相对速度的偏差值为滑模面的输入量e；

运算单元，用于根据步骤2的输入量e，结合***滑模控制原理和机车动力学原理计算出滑模控制的等效控制量U_eq；

运算单元，用于将输入量e，结合***滑模面的切换函数以及模糊控制器得到模糊控制量U_F；

其中，运算单元首先将输入量e作为代入滑模面的切换函数后得到切换函数值s以及切换函数值的微分然后将切换函数值s以及切换函数值的微分作为输入值输入模糊控制器得到模糊控制量U_F；

控制单元，用于根据等效控制量U_eq和模糊控制量U_F计算出制动力矩T_b，通过所述制动力矩T_b实现制动控制。

8.根据权利要求6所述的***，其特征在于：所述第一转换模块和所述第二转换模块均包括：3U机箱、面板、EMI板、电源板、IO输入板、控制板和背板，

所述EMI板、电源板、IO输入板和控制板均连接在背板相应板位上，并封装于所述3U机箱内部，外部信号接口通过所述面板的接口连接；

所述EMI板外接电源，用于对外部输入电源进行滤波、整流和过流防护；

所述电源板与所述EMI板、IO输入板、控制板连接，用于对述EMI板输出电源的电压进行转换；

所述IO输入板与所述控制板通信，用于采集大小闸指令，并传输给所述控制板；

所述控制板与所述CAN总线、所述MVB总线通信，用于发送数据至所述CAN总线、所述MVB总线以及从所述CAN总线、所述MVB总线接收数据，所述控制板还用于实现对机车制动控制。

9.根据权利要求6所述的***，其特征在于：所述第一节车位为操作节车且所述第一制动控制单元故障时，所述第一转换模块还用于从所述第一大小闸采集到大小闸指令后，并通过所述CAN总线发送所述大小闸指令给所述第二制动控制单元；

所述第二制动控制单元用于对所述第一节车实现制动控制，将制动的状态数据通过CAN总线发送给所述第一转换模块；

所述第一转换模块还用于接收到所述状态数据后，通过第一节车的MVB总线将所述状态数据发送给所述第一中央控制单元。

10.一种应用于上述权利要求6所述的双机重联机车制动***的制动方法，其特征在于：包括：

当第一节车为操作节车且第一制动控制单元和第二制动单元均故障时，首先，所述第一转换模块从第一大小闸采集到大小闸指令；

然后，所述第一转换模块进行机车制动控制，并过所述第一节车的MVB总线将制动的状态数据发送给所述第一中央控制单元；

当所述第一节车位为操作节车且所述第一制动控制单元故障时，首先，所述第一转换模块从第一大小闸采集到大小闸指令，并通过所述CAN总线发送所述大小闸指令给所述第二制动控制单元；

然后，所述第二制动控制单元接收到所述大小闸指令后，对所述第一节车实现制动控制，并将制动的状态数据通过CAN总线发送给所述第一转换模块；

最后，所述第一转换模块接收到所述状态数据后，通过第一节车的MVB总线将所述状态数据发送给所述第一中央控制单元。