基于多学科级虚拟样机的粘着控制方法仿真与试验研究

摘要

我国铁路近年来实施高速、重载的运输策略，机车需要获取更大的牵引力或制动力。轮轨间的粘着是机车的牵引力或制动力形成的最重要的要素，只有有效地利用轮轨间的粘着力才能保证列车安全稳定地运行，进而更好地发挥机车功率。然而轮轨间的粘着复杂多变，对机车功率的高效利用会产生很大的影响。长期的研究和实践表明，机车粘着控制系统能够有效提高轮轨粘着的利用率，降低功率损失。因此，深入研究机车粘着控制系统是铁道机车车辆领域的重要课题之一。
　　目前粘着控制系统的理论研究通常是基于简化的机车数学模型，与实际的机车和轮轨系统相差甚远。然而实际线路试验的成本大，并且试验环境受到各种物理条件的限制。虚拟样机技术能为诸如机车粘着控制系统一样复杂的研究课题提供有效的手段。本文以ADAMS/Rail和MATLAB/Simulink为软件平台，基于某型号电力机车，组建了包括多刚体动力学系统、轮轨系统、电力牵引传动系统和控制系统的电力机车多学科级虚拟样机仿真平台。在所建立的虚拟样机平台上实现机车在运行过程中的牵引工况、再生制动工况和恒速工况的计算机仿真。在此基础上，利用该平台仿真了由于轨面发生变换而引起的空转和滑行现象，并进行了电力机车组合粘着控制和模糊粘着控制的仿真研究。
　　为了在引进、消化、吸收国外先进铁道机车车辆技术的基础上，实现核心技术的掌握和创新，研发出具有自主知识产权的产品，在国家自然科学基金和企业委托项目的支持下，本文结合国内某型号高速大功率电力机车，开展了粘着控制系统的试验研究，得到了较好的控制效果。