CN112977162A - 一种工矿企业电动轨道机车***的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工矿企业电动轨道机车***的控制方法,属于轨道交通运输技术领域。所述电动轨道机车***包括:电池***、动力***和控制***;所述电池***包括蓄电池组和BMS管理***;所述动力***包括若干电机单元,所述电机单元包括电机驱动器和电机;所述控制***包括整车控制***、高压电源分配箱、辅助电源、制动***和辅助装置;本发明由整车控制***下发指令,机车电机驱动器采用独立控制策略,当某路电机驱动器或电机存在异常,通过整车控制***切除该路动力***,整车控制器均匀分配转矩给其他电机,机车继续运行,提高了***稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种工矿企业电动轨道机车***的控制方法,属于轨道交通运输技术领域。
背景技术
随着国家对节能环保、新旧动能转化、公转铁等政策要求,促进交通运输向节能、环保、安全的方向发展,交通运输安全保障、资源节约与环境保护等方面的需求逐渐增大,各地环保政策压力逐年增大。在保障生产正常运行的前提下,为响应国家清洁生产节能减排及2025重大规划,降低成本,杜绝尾气环境污染问题,轨道调车行业可以采用新型充电式智能轨道机车,有效消除诸多不利因素,顺应行业发展趋势。
轨道机车国内外发展较为迅速,特别是以中国为代表的高速列车近几年发展迅速。在轨道货运机车领域,主要分为电力机车与内燃机动力机车。1)常规电力机车,采用接触网取电技术路线,适应于长距离固定线路货运。但在工况企业领域特别是钢铁企业等管路、桥架较多,固定线路上架设电力线路及取电装置施工困难,且生产需求线路变更等因素不利于传统接触取电的电力机车应用。2)内燃机动力机车,不需要建设供电网络,因此工况企业货运机车几乎全部采用内燃机动力机车方案,但燃料费用、运行维护成本高,环保问题尤为突出。3)混合动力轨道机车,中车资阳厂立项研发混动机车,将传统内燃机与电池***结合,通过提高小功率内燃机发电功率能效提高从而实现节能,但由于内燃机依然存在环保及排放问题,且维护工作量增加。
传统电力机车,采用接触网取电技术路线,适应于长距离固定线路货运。但在工况企业领域特别是钢铁企业等管路、桥架较多,固定线路上架设电力线路及取电装置施工困难,且生产需求线路变更等因素不利于传统接触取电的电力机车应用。内燃机动力机车,不需要建设供电网络,因此工况企业货运机车几乎全部采用内燃机动力机车方案,但燃料费用、运行维护成本高,环保问题尤为突出。
传统内燃机车线圈在运行过程中受到频繁的振动冲击,线圈联线绝缘卡破接地,机座内面尖棱﹑焊瘤﹑凸台及线圈护罩和弹簧垫板压伤绝缘,定子绝缘受潮油污或过热老化损坏绝缘,补偿绕组端部或联线固定不牢等,都会导致机车牵引电机故障,一般这种情况下需要停机切除该故障电机。
发明内容
针对现有技术的上述问题,本发明公开了一种工矿企业电动轨道机车***的控制方法,属于新型充电式智能轨道机车,由整车控制***下发指令,机车电机驱动器采用独立控制策略,当某路电机驱动器或电机存在异常,通过整车控制***切除该路动力***,整车控制器均匀分配转矩给其他电机,机车继续运行,提高***稳定性。
为了解决上述问题,本发明采用了如下技术方案:
一种工矿企业电动轨道机车***的控制方法,所述电动轨道机车***包括:电池***、动力***和控制***;所述电池***包括蓄电池组和BMS管理***;所述动力***包括若干电机单元,所述电机单元包括电机驱动器和电机;所述控制***包括整车控制***、高压电源分配箱、辅助电源、制动***和辅助装置;BMS管理***分别与蓄电池组和整车控制***连接,是对蓄电池组进行管理的***,将所采集的蓄电池组的电池数据传输给整车控制***;整车控制***分别连接蓄电池组、高压电源分配箱、电机驱动器、辅助电源、制动***和辅助装置,采集各设备输入信号,控制整个机车***的正常运行和安全;蓄电池组还连接高压电源分配箱,用于对高压电源分配箱供电;高压电源分配箱与电机驱动器和辅助电源连接,用于管理所接设备供电电源通断;电机驱动器连接电机,用于驱动电机转动,电机用于带动机车车轮运动;辅助电源连接还制动***和辅助装置,用于给整车控制***、辅助装置供电;高压电源分配箱包括主接触器,主接触器用于控制高压电源分配箱与其相连组件线路的通断,主接触器与电机驱动器之间设置供电线路,所述供电线路包括主回路和预充回路;主回路上设置第二接触器K2,预充回路上设置有电阻R1和第一接触器K1, 电阻R1和第一接触器K1串联连接后两端与第二接触器K2并联连接;其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1,接受开机指令后,BMS管理***与蓄电池组接通,低压24V上电;
步骤2,整车控制***与蓄电池组连通,整车控制***低压上电,24V上电;通过蓄电池组输送24V给整车控制***;
步骤3,整车控制***低压状态下与BMS管理***通讯,进行自检,与BMS管理***通讯正常;高压电源分配箱的主接触器处于分位,预充回路断开,高压电源分配箱与电机驱动器断开连接,蓄电池组输出电压在电压门槛值以上,控制机车换向操作杆档位在空档位置,即“0”位,高压电源分配箱闭合预充回路,预充时间达到设置时间且电机驱动器前端电压,即电机驱动器输入侧电压和蓄电池组输出电压的压差小于压差设定值,闭合主回路后断开预充回路,电机驱动器上电;若条件不满足,进入步骤8;
主接触器处于分位时,预充回路和主回路皆处于断开状态,整车控制***低压上电后进行自检,自检正常后,开始发送信号给主回路中第二接触器K2信号和预充回路中第一接触器K1信号,第二接触器K2和第一接触器K1分别控制主回路和预充回路中继电器;
当预充时间大于设定时间,并且蓄电池组电压与电机控制器前端电压小于设定电压,电压电源分配箱闭合主回路,断开预充回路;
步骤4,整车控制***和电机驱动器上电流程完成后,进行档位控制,当机车换向操作杆处于空档,即“0”位时,检测到机车换向操作杆档位切换到前进或者后退位置,并且加速操作杆处于空档,即“0”位,制动操作杆非“0”位,电机小于限定转速时,机车换向操作杆的逻辑档位与物理档位一致,则挂挡成功;若条件不满足,进入步骤8;其中,“0”位表示机车换向操作杆处于空档位置;逻辑档位表示:换向操作杆在整车控制***内部程序档位;物理档位表示:换向操作杆实际档位;
步骤5,推进控制;
当完成整车控制***和电机驱动器上电流程,挂挡成功后,进行机车***推进控制,整车控制***检测到加速操作杆不处于空档,即非“0”位,向电机驱动器下发转矩指令,电机驱动器接受动力***转速反馈信号,转速反馈正常,则完成整个推进控制流程,否则进入停止流程;
步骤6,当整车控制***检测到制动操作杆不处于空档,即非“0”位,向电机驱动器下发转矩降低至零的指令,完成机车刹车控制;
步骤7,机车急停;
当整车控制***检测到辅助装置或电机驱动器、高压电源分配箱、BMS管理***异常、或者整车控制***异常,则关闭机车蓄电池组与高压电源分配箱主回路并且打开制动***的制动电磁阀,完成机车急停;
步骤8,机车停止;
当接收到机车停止指令后,判断机车加速操作杆及换向操作杆是否均在“0”位,若机车加速操作杆及换向操作杆不在“0”位,整车控制***将加速操作杆和换向操作杆的逻辑档位置为“0”位,完成机车停止流程。
进一步地,所述蓄电池组采用磷酸铁锂电池组。
进一步地,所述电池***还包括保护***,所述保护***包括机车监控防火灾***和七氟丙烷气体消防装置;保护***与BMS管理***相连接;所述机车监控防火灾***用于采集火焰和烟雾信息,发出声光报警信号;所述七氟丙烷气体消防装置用于自动灭火。
进一步地,所述电机驱动器采用包括DTC直接转矩控制的驱动器。
进一步地,所述电机采用永磁同步电机。
进一步地,所述制动***包括螺杆空压机、风缸、管道、制动电磁阀和JZ-7制动机。
进一步地,所述电机驱动器及其对应的电机均为多组,每组电机驱动器均与所述整车控制***以及高压电源分配箱连接。
进一步地,步骤3中,所述设定电压为540V;设定时间为3s;电压门槛值为450V;所述预充时间为从开始预充回路到关闭预充回路时间。
进一步地,步骤5中引入强冲击条件下的电机磁极容错计算方法,采用全数字化的磁场定向矢量控制方法,通过传感器采集计算的电机三相定子电流、磁链等矢量进行坐标变换,参考转子磁链这一旋转矢量的方向,分解定子电流,一个沿着磁链方向,是其直轴励磁分量;另一个正交于磁链方向,是其交轴转矩分量;然后,保持直轴励磁分量不变,根据***要求控制有功转矩分量来实现电机的转矩控制,进而完成对速度的精确控制,使控制***获得良好的动态和稳态特性。
其中,引入强冲击条件下的电机磁极容错计算方法包括如下步骤:
Step5.1:采用传感器转子磁场方向与α轴的角度差为θr不准,判断电机速度突变量是否小于阈值,是则不做修改,否则跳转至step5.2;
Step5.2:采用在线高频注入法实现转子位置和转速辨识,并反馈到电机控制器中:首先完成初始位置检测,然后进入低速无传感器运行,将系高频电流变换到与注入的高频电压矢量同步旋转的轴系中,此时正序分量变为直流量,负序分量变为高频电压信号的二倍频分量,采用高通滤波器可以滤除正序分量,将剩下的负序分量变换到静止轴系中,变换角度为2倍高频角,再经过低通滤波器后得到仅包含位置角度的正交量,采用反正切或PLL技术可以解出磁极位置角。
本申请有益效果包括:
本发明提出了面向电能清洁替代的新型充电式智能轨道机车,逐步在矿山冶金、石油化工、港口物流等行业取代传统内燃调度机车,用于调车和短途客货运载作业。本申请采用了直交变频驱动,将电池***的直流电通过大功率IGBT元件逆变为频率可调的三相交流电,驱动电机作为机车动力,实现了面向电能清洁替代的新型充电式智能轨道机车,逐步在矿山冶金、石油化工、港口物流等行业取代传统内燃调度机车,用于调车和短途客货运载作业。本发明由整车控制***下发指令,机车电机驱动器采用独立控制策略,当某路电机驱动器或电机存在异常,通过整车控制***切除该路动力***,整车控制器均匀分配转矩给其他电机,机车继续运行,提高***稳定性。
附图说明
图1为本发明电动轨道机车***结构示意图;
图2为本发明供电线路结构示意图;
图3为本发明工矿企业电动轨道机车***的控制方法流程图;
图4本发明电机控制***上电流程图;
图5本发明档位控制流程图;
图6本发明推进控制流程图;
图7本发明刹车控制流程图;
图8本发明急停控制流程图;
图9本发明机车停止流程图;
图10为基于转子磁场定向的矢量关系示意图;
图11为永磁同步电机矢量控制采样电机三相绕组电流及位置信息。
具体实施例
下面结合附图1-图11以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示,本发明的一种工矿企业电动轨道机车***,包括:电池***、动力***和控制***。
电池***包括磷酸铁锂蓄电池组和BMS管理***,还包括保护***,保护***包括机车监控防火灾***和七氟丙烷气体消防装置。保护***与BMS管理***相连接。机车监控防火灾***用于采集火焰和烟雾信息,发出声光报警信号。七氟丙烷气体消防装置用于自动灭火。
动力***包括若干电机单元,电机单元包括电机驱动器和电机。控制***包括整车控制***、高压电源分配箱、辅助电源、制动***和辅助装置。
BMS管理***分别与蓄电池组和整车控制***连接,是对蓄电池组进行管理的***,将所采集的蓄电池组的电池数据传输给整车控制***。
整车控制***分别连接蓄电池组、高压电源分配箱、电机驱动器、辅助电源、制动***和辅助装置,采集各设备输入信号,控制整个机车***的正常运行和安全。本实施例中,制动***包括螺杆空压机、风缸、管道、制动电磁阀和JZ-7制动机。
蓄电池组还连接高压电源分配箱,用于对高压电源分配箱供电。高压电源分配箱与电机驱动器和辅助电源连接,用于管理所接设备供电电源通断。
电机驱动器连接电机,用于驱动电机转动,本实施例中,电机驱动器采用包括DTC直接转矩控制的驱动器。电机用于带动机车车轮运动,电机采用永磁同步电机。此外,本实施例中,电机驱动器及其对应的电机均为多组,每组电机驱动器均与整车控制***以及高压电源分配箱连接。
辅助电源连接还制动***和辅助装置,用于给整车控制***、辅助装置供电。
如图2所示,高压电源分配箱包括主接触器,主接触器用于控制高压电源分配箱与其相连组件线路的通断,主接触器与电机驱动器之间设置供电线路,供电线路包括主回路和预充回路。
主回路上设置第二接触器K2,预充回路上设置有电阻R1和第一接触器K1, 电阻R1和第一接触器K1串联连接后两端与第二接触器K2并联连接。
如图3-图9所示,上述工矿企业电动轨道机车***的控制方法,具体包括以下步骤:
步骤1,接受开机指令后,BMS管理***与蓄电池组接通,低压24V上电;
步骤2,整车控制***与蓄电池组连通,整车控制***低压上电,24V上电,通过蓄电池组输送24V给整车控制***;
步骤3,整车控制***低压状态下与BMS管理***通讯,进行自检,与BMS管理***通讯正常,高压电源分配箱的主接触器处于分位,预充回路断开,高压电源分配箱与电机驱动器断开连接,蓄电池组输出电压在450V电压门槛值以上,控制机车换向操作杆档位在空档位置,即“0”位,高压电源分配箱闭合预充回路,预充时间达到设置时间且电机驱动器前端电压,即电机驱动器输入侧电压和蓄电池组输出电压的压差小于压差设定值,闭合主回路后断开预充回路,电机驱动器上电,若条件不满足,进入步骤8;
主接触器处于分位时,预充回路和主回路皆处于断开状态,整车控制***低压上电后进行自检,自检正常后,开始发送信号给主回路中第二接触器K2信号和预充回路中第一接触器K1信号,第二接触器K2和第一接触器K1分别控制主回路和预充回路中继电器;
当预充时间大于设定时间,并且蓄电池组电压与电机控制器前端电压小于设定电压,电压电源分配箱闭合主回路,断开预充回路;
本步骤中,设定电压为540V,设定时间为3s,电压门槛值为450V,预充时间为从开始预充回路到关闭预充回路时间;
步骤4,整车控制***和电机驱动器上电流程完成后,进行档位控制,当机车换向操作杆处于空档,即“0”位时,检测到机车换向操作杆档位切换到前进或者后退位置,并且加速操作杆处于空档,即“0”位,制动操作杆非“0”位,电机小于限定转速时,机车换向操作杆的逻辑档位与物理档位一致,则挂挡成功,若条件不满足,进入步骤8,其中,“0”位表示机车换向操作杆处于空档位置,逻辑档位表示:换向操作杆在整车控制***内部程序档位,物理档位表示:换向操作杆实际档位;
步骤5,推进控制:
当完成整车控制***和电机驱动器上电流程,挂挡成功后,进行机车***推进控制,整车控制***检测到加速操作杆不处于空档,即非“0”位,向电机驱动器下发转矩指令,电机驱动器接受动力***转速反馈信号,转速反馈正常,则完成整个推进控制流程,否则进入停止流程。
如图10-图11,电机驱动器的核心算法采用全数字化的磁场定向矢量控制方案,通过传感器采集计算的电机三相定子电流、磁链等矢量进行坐标变换,参考转子磁链这一旋转矢量的方向,分解定子电流,一个沿着磁链方向,是其直轴励磁分量;另一个正交于磁链方向,是其交轴转矩分量。然后,保持直轴励磁分量不变,根据***要求控制有功转矩分量来实现电机的转矩控制,进而完成对速度的精确控制,使控制***获得良好的动态和稳态特性。
磁场定向矢量控制方案,矢量控制目的是设法将交流电机等效为直流电机,从而获得较高的调速性能。矢量控制方法就是将交流三相异步电机定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,这样即可等效于直流电机。
图10为基于转子磁场定向的矢量关系示意图。a-b-c轴系表示三相静止坐标系,可以分解为正交的α-β轴系,以电流矢量为例,三相到两相的Clark转换过程可以表示为:
当电机转子以ω r 的角速度旋转,转子磁场方向与α轴的角度差为θ r ,则可以把矢量从静止坐标系变换到旋转坐标系,以电流矢量为例,Park转换过程可以表示为:
在两相同步旋转d-q轴系中,永磁同步电机的电压方程表示为
其中,u、i分别为PMSM定子电压和电流,下标dq表示在d-q轴系上的分量,R s 、L d 和L q 分别为定子绕组电阻、d轴电感和q轴电感,ψ f 为永磁体磁链,ω r 为电角速度,即转子转速、d-q轴系旋转角速度,p为微分算子。
图11为永磁同步电机矢量控制采样电机三相绕组电流及位置信息,经过坐标变换得到d-q轴电流。PI调节器具有结构简单、易于实现的优点,实现d-q轴电流闭环调节,生成电压指令值。采用SVPWM技术对参考电压进行调制,产生驱动IGBT的开关信号。驱动单元MCU将直流电转化成三相交流电,驱动电机输出整车所需的转矩和功率。
永磁同步电机电磁转矩表达式为:
从式(3)中可以看出,电磁转矩与q轴电流成正比,包括励磁转矩分量和磁阻转矩分量。
轨道机车运行过程中,经常遇到振动、撞击工况,容易造成位置传感器错位、脱线等故障。为了避免位置传感器故障而导致电机输出转矩异常或停机,需要在无其他辅助设备的条件下,继续运行到目的地,同时还能保证期望功率输出,即实现新能源轨道机车容错控制。
在此基础上,由于工矿企业机车经常出现对钩等强烈冲击,传统采用传感器采集相关信号偶尔将发生信号接触不良、或者强冲击下信号失真等问题,导致转子磁场方向与α轴的角度差为θ r 不准,本发明中引入强冲击条件下的电机磁极容错计算方法。
情况1:采用传感器转子磁场方向与α轴的角度差为θ r 不准,判断电机速度突变量是否小于阈值,根据经验,阈值通常取10%/ms,是则不做修改,否则:
情况2:采用在线高频注入法实现转子位置和转速辨识,并反馈到电机控制器中。首先完成初始位置检测,然后进入低速无传感器运行。
采用旋转高频电压注入法时,注入到αβ轴系的高频信号表示为
式中,V h 为高频电压的幅值;ω h 为高频电压的角速度。当电压频率很高时,电阻压降可忽略不计。由电压方程可以得到电流响应为
式中,I ph 、I nh 分别为电流的正序分量幅值和负序分量幅值
将αβ轴系高频电流变换到与注入的高频电压矢量同步旋转的轴系中,此时正序分量变为直流量,负序分量变为高频电压信号的二倍频分量,而采用高通滤波器可以滤除正序分量。将剩下的负序分量变换到静止轴系中,变换角度为2倍高频角。再经过低通滤波器后得到仅包含位置角度的正交量及,采用反正切或PLL技术可以解出磁极位置角。
步骤6,当整车控制***检测到制动操作杆不处于空档,即非“0”位,向电机驱动器下发转矩降低至零的指令,完成机车刹车控制。
步骤7,机车急停。
当整车控制***检测到辅助装置或电机驱动器、高压电源分配箱、BMS管理***异常、或者整车控制***异常,则关闭机车蓄电池组与高压电源分配箱主回路并且打开制动***的制动电磁阀,完成机车急停。
步骤8,机车停止。
当接收到机车停止指令后,判断机车加速操作杆及换向操作杆是否均在“0”位,若机车加速操作杆及换向操作杆不在“0”位,整车控制***将加速操作杆和换向操作杆的逻辑档位置为“0”位,完成机车停止流程。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明,但是受益于上面的描述,本技术领域内的技术人员明白,在由此描述的本发明的范围内,可以设想其它实施例。此外,应当注意,本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的,而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此,在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围,对本发明所做的公开是说明性的,而非限制性的,本发明的范围由所附权利要求书限定。
Claims (10)
1.一种工矿企业电动轨道机车***的控制方法,所述电动轨道机车***包括:电池***、动力***和控制***;所述电池***包括蓄电池组和BMS管理***;所述动力***包括若干电机单元,所述电机单元包括电机驱动器和电机;所述控制***包括整车控制***、高压电源分配箱、辅助电源、制动***和辅助装置;BMS管理***分别与蓄电池组和整车控制***连接,是对蓄电池组进行管理的***,将所采集的蓄电池组的电池数据传输给整车控制***;整车控制***分别连接蓄电池组、高压电源分配箱、电机驱动器、辅助电源、制动***和辅助装置,采集各设备输入信号,控制整个机车***的正常运行和安全;蓄电池组还连接高压电源分配箱,用于对高压电源分配箱供电;高压电源分配箱与电机驱动器和辅助电源连接,用于管理所接设备供电电源通断;电机驱动器连接电机,用于驱动电机转动,电机用于带动机车车轮运动;辅助电源连接还制动***和辅助装置,用于给整车控制***、辅助装置供电;高压电源分配箱包括主接触器,主接触器用于控制高压电源分配箱与其相连组件线路的通断,主接触器与电机驱动器之间设置供电线路,所述供电线路包括主回路和预充回路;主回路上设置第二接触器K2,预充回路上设置有电阻R1和第一接触器K1, 电阻R1和第一接触器K1串联连接后两端与第二接触器K2并联连接;其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1,接受开机指令后,BMS管理***与蓄电池组接通,低压24V上电;
步骤2,整车控制***与蓄电池组连通,整车控制***低压上电,24V上电;通过蓄电池组输送24V给整车控制***;
步骤3,整车控制***低压状态下与BMS管理***通讯,进行自检,与BMS管理***通讯正常;高压电源分配箱的主接触器处于分位,预充回路断开,高压电源分配箱与电机驱动器断开连接,蓄电池组输出电压在电压门槛值以上,控制机车换向操作杆档位在空档位置,即“0”位,高压电源分配箱闭合预充回路,预充时间达到设置时间且电机驱动器前端电压,即电机驱动器输入侧电压和蓄电池组输出电压的压差小于压差设定值,闭合主回路后断开预充回路,电机驱动器上电;若条件不满足,进入步骤8;
主接触器处于分位时,预充回路和主回路皆处于断开状态,整车控制***低压上电后进行自检,自检正常后,开始发送信号给主回路中第二接触器K2信号和预充回路中第一接触器K1信号,第二接触器K2和第一接触器K1分别控制主回路和预充回路中继电器;
当预充时间大于设定时间,并且蓄电池组电压与电机控制器前端电压小于设定电压,电压电源分配箱闭合主回路,断开预充回路;
步骤4,整车控制***和电机驱动器上电流程完成后,进行档位控制,当机车换向操作杆处于空档,即“0”位时,检测到机车换向操作杆档位切换到前进或者后退位置,并且加速操作杆处于空档,即“0”位,制动操作杆非“0”位,电机小于限定转速时,机车换向操作杆的逻辑档位与物理档位一致,则挂挡成功;若条件不满足,进入步骤8;其中,“0”位表示机车换向操作杆处于空档位置;逻辑档位表示:换向操作杆在整车控制***内部程序档位;物理档位表示:换向操作杆实际档位;
步骤5,推进控制;
当完成整车控制***和电机驱动器上电流程,挂挡成功后,进行机车***推进控制,整车控制***检测到加速操作杆不处于空档,即非“0”位,向电机驱动器下发转矩指令,电机驱动器接受动力***转速反馈信号,转速反馈正常,则完成整个推进控制流程,否则进入停止流程;
步骤6,当整车控制***检测到制动操作杆不处于空档,即非“0”位,向电机驱动器下发转矩降低至零的指令,完成机车刹车控制;
步骤7,机车急停;
当整车控制***检测到辅助装置或电机驱动器、高压电源分配箱、BMS管理***异常、或者整车控制***异常,则关闭机车蓄电池组与高压电源分配箱主回路并且打开制动***的制动电磁阀,完成机车急停;
步骤8,机车停止;
当接收到机车停止指令后,判断机车加速操作杆及换向操作杆是否均在“0”位,若机车加速操作杆及换向操作杆不在“0”位,整车控制***将加速操作杆和换向操作杆的逻辑档位置为“0”位,完成机车停止流程。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:所述蓄电池组采用磷酸铁锂电池组。
3.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:所述电池***还包括保护***,所述保护***包括机车监控防火灾***和七氟丙烷气体消防装置;保护***与BMS管理***相连接;所述机车监控防火灾***用于采集火焰和烟雾信息,发出声光报警信号;所述七氟丙烷气体消防装置用于自动灭火。
4.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:所述电机驱动器采用包括DTC直接转矩控制的驱动器。
5.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:所述电机采用永磁同步电机。
6.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:所述制动***包括螺杆空压机、风缸、管道、制动电磁阀和JZ-7制动机。
7.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:所述电机驱动器及其对应的电机均为多组,每组电机驱动器均与所述整车控制***以及高压电源分配箱连接。
8.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:步骤3中,所述设定电压为540V;设定时间为3s;电压门槛值为450V;所述预充时间为从开始预充回路到关闭预充回路时间。
9.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:步骤5中引入强冲击条件下的电机磁极容错计算方法,采用全数字化的磁场定向矢量控制方法,通过传感器采集计算的电机三相定子电流、磁链等矢量进行坐标变换,参考转子磁链这一旋转矢量的方向,分解定子电流,一个沿着磁链方向,是其直轴励磁分量;另一个正交于磁链方向,是其交轴转矩分量;然后,保持直轴励磁分量不变,根据***要求控制有功转矩分量来实现电机的转矩控制,进而完成对速度的精确控制,使控制***获得良好的动态和稳态特性。
10.根据权利要求9所述的控制方法,其特征在于引入强冲击条件下的电机磁极容错计算方法如下:
Step5.1:采用传感器转子磁场方向与α轴的角度差为θ r 不准,判断电机速度突变量是否小于阈值,是则不做修改,否则跳转至step5.2;
Step5.2:采用在线高频注入法实现转子位置和转速辨识,并反馈到电机控制器中:首先完成初始位置检测,然后进入低速无传感器运行,将系高频电流变换到与注入的高频电压矢量同步旋转的轴系中,此时正序分量变为直流量,负序分量变为高频电压信号的二倍频分量,采用高通滤波器可以滤除正序分量,将剩下的负序分量变换到静止轴系中,变换角度为2倍高频角,再经过低通滤波器后得到仅包含位置角度的正交量,采用反正切或PLL技术可以解出磁极位置角。
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---|---|---|---|---|
CN113602094A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-05 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种新能源汽车的上电方法及装置 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2365877A1 (de) * | 1972-04-21 | 1976-10-07 | Furukawa Electric Co Ltd | Elektromagnetische schiene fuer den linearmotorantrieb eines schienenfahrzeuges |
US4242617A (en) * | 1978-09-21 | 1980-12-30 | International Harvester Company | Electric vehicle having dynamic braking and regeneration |
FR2970442A1 (fr) * | 2011-01-13 | 2012-07-20 | Sncf | Regulation de tension dans un engin ferroviaire hybride |
CN103895524A (zh) * | 2012-12-27 | 2014-07-02 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电动客车的驱动***及其驱动控制方法 |
CN107627851A (zh) * | 2017-08-07 | 2018-01-26 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 车辆电力附件控制***、控制电路及车辆 |
CN108001471A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-08 | 广州电力机车有限公司 | 一种窄轨小火车控制*** |
CN108791365A (zh) * | 2017-04-27 | 2018-11-13 | 阿尔斯通运输科技公司 | 改进的自动列车控制***及对应方法 |
-
2021
- 2021-04-25 CN CN202110447044.9A patent/CN112977162B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2365877A1 (de) * | 1972-04-21 | 1976-10-07 | Furukawa Electric Co Ltd | Elektromagnetische schiene fuer den linearmotorantrieb eines schienenfahrzeuges |
US4242617A (en) * | 1978-09-21 | 1980-12-30 | International Harvester Company | Electric vehicle having dynamic braking and regeneration |
FR2970442A1 (fr) * | 2011-01-13 | 2012-07-20 | Sncf | Regulation de tension dans un engin ferroviaire hybride |
CN103895524A (zh) * | 2012-12-27 | 2014-07-02 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电动客车的驱动***及其驱动控制方法 |
CN108791365A (zh) * | 2017-04-27 | 2018-11-13 | 阿尔斯通运输科技公司 | 改进的自动列车控制***及对应方法 |
CN107627851A (zh) * | 2017-08-07 | 2018-01-26 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 车辆电力附件控制***、控制电路及车辆 |
CN108001471A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-08 | 广州电力机车有限公司 | 一种窄轨小火车控制*** |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113602094A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-05 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种新能源汽车的上电方法及装置 |
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