HXD2型重载机车黏着控制及其半实物仿真研究

摘要

电力机车依赖于轮轨间的黏着将牵引电机提供的动力转换为机车运行的牵引力，黏着利用的好坏将直接影响牵引力的发挥以及运行的稳定型、安全性。在雨雪、油污等复杂路况影响下，轮轨间的黏着大大降低，车轮空转现象频有发生，导致机车牵引力大幅下降，难以满足实际的牵引需求。研究有效的黏着控制方法，提高轮轨间的黏着利用，对于保证牵引力稳定输出，提高运输能力至关重要。　　传统基于校正型思路的再黏着控制方法虽然有着不错的控制效果，但是伴随着重载机车运行速度和机车载荷不断提升，传统方法很难继续满足不断增长的牵引性能、运输能力的需求。因此，本文在传统黏着控制方法的基础上设计了优化控制方法。　　首先，设计了单轴最优转矩在线搜寻的黏着控制方法。该方法根据车轮蠕滑速度、加速度判断轮轨的黏着状态，结合黏着特性曲线变化规律，在线搜寻适宜在当前轨面工况下运行的最优牵引转矩，从而使轮轨稳定于最佳的黏着状态，有效地避免了传统方法中牵引转矩反复上升下降调节造成牵引力大幅下降。在车轮黏着再恢复过程中，基于加速度的变化规律，设计了转矩调节的优化算法。基于黏着控制过程中空转识别与空转收敛点不同的特点，设计了多窗口大小切换的移动滤波算法。通过上述转矩调节及滤波算法的改进，优化了传统方法存在的转矩过度卸载问题，保证了牵引力的充分利用。　　其次，将整车作为研究对象，利用轴控式牵引系统单轴独立控制牵引转矩的优势，在最优转矩在线搜寻的黏着控制方法的基础上，考虑轴重转移现象对机车各轴黏着重量的影响，设计全维状态观测器估算各轴轮对黏着力，分别计算出匹配各轴实际黏着状态的最优牵引转矩，从而提升机车整体的牵引性能。　　最后，基于现场行车试验的困难、半实物仿真实时性好、可靠性强等因素，利用ModelingTech实验仿真设备搭建了硬件在环的黏着控制半实物仿真测试平台，验证本文所设计的优化算法，与传统方法对比，仿真结果表明，该方法可以有效地抑制车轮空转，提高轮轨黏着利用率，提高机车整体牵引力。

目录

声明

第1章 绪论

1.1论文研究背景与研究意义

1.2黏着控制研究现状

1.3机车建模仿真研究现状

1.4论文的主要研究和工作内容

第2章 机车黏着控制研究

2.1轮轨间黏着的基本理论

2.1.1 轮轨黏着与受力分析

2.1.2 影响黏着的因素

2.2机车牵引传动系统

2.2.1 单轮对数学模型

2.2.2 电机控制系统

2.2.3 轮轨黏着力解算模型

2.3本章小结

第3章 机车单轮对模型最优黏着控制研究

3.1黏着控制系统总体结构

3.2最优牵引转矩在线搜寻算法

3.3黏着再恢复牵引转矩卸载优化算法

3.4多窗口大小切换的移动滤波算法

3.5本章总结

第4章 整车黏着控制研究

4.1轴重转移计算

4.2全维状态观测器估计车轴黏着力

4.3整车黏着控制策略

4.4本章小结

第5章 半实物仿真平台的建立与仿真分析

5.1离线仿真与半实物仿真

5.2黏着控制半实物仿真平台设计

5.2.1 ModelingTech 实验仿真平台

5.2.2 黏着控制建模设计

5.3实验设计与结果分析

5.4本章小结

结论与展望

（1）本文工作总结

（2）后续工作展望

2）优化黏着控制方法制动工况的应用

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文