时速160公里动力集中动车组加减载率控制策略

吴北臻 卢舒宁

摘 要：为了满足时速160公里动力集中电动车组动力车牵引制动功能的要求，以保证动力车具有优越的操控性能，我们开发了一套新的控制方案。通过上百次静态实验，试运行进行在线调参，最终形成了一个完整的加减载率控制策略。新的加减载率控制策略在动车组全速度范围内能够把误差范围控制的很小，极大的提升了司机对动车组的操控感。

关键词：FXD3-J，牵引控制，定速控制，转矩模式，过分相

1、前言

2、 主要功能

列车牵引模式包括两种，分别为：速度模式和转矩模式。新的牵引制动加减载控制策略分别在速度模式和转矩模式下进行了优化设计。在定速工况下能够实现全速度范围内正负1.5km/h的误差，小于标准250km/h动车组要求的正负2.0km/h，在转矩模式下實现了更好的交互性，提升了司机对动车组的操控感；并且优化了过分相工况下的牵引制动控制。

3、 具体设计方案

VCU下发牵引指令P、电制指令B、转矩计算值T给变流器。PB指令切换需满足T减小为0后执行。整车运行模式分为速度模式、力矩模式。VCU程序轮询周期为50ms。

速度模式下：牵引、电制力根据目标速度与实际速度的差值进行PI调节输出全车牵引、电制力给TCU，不调用加减载率函数。PI控制器为增量式PI函数：

ContrlOutput ：= ContrlHistory + （kp+ki） * CurrError - kp * PrevError；

式中：kp=20，ki=0.05。

力矩模式下：牵引、电制力为司控器级位百分比对应牵引、电制力。调用加减载率函数进行控制。加减载步长为变化值。步长计算根据每个轮询周期内牵引力目标值与实际按步长增加的牵引力值的差值进行控制。差值越大，步长越大，具体变化值如图1、2：

图1 牵引工况加减载分段斜率

当动车组处于速度模式或力矩模式下，网络识别到牵引或电制封锁条件后，会将牵引力计算值立即清零，然后牵引P或电制B指令清零。

当动车组处于速度模式下，同时PI调节当前为牵引工况，触发空电联合牵引力T立即清零，然后牵引P或电制B指令清零。

当动车组处于速度模式下，同时PI调节当前为电制工况，触发空电联合则，电制力为PI调节输出值与制动级位百分比转化的电制力计算值的较大值输出。同时执行加减载率函数。

当动车组处于速度或力矩模式下，网络接收到过分相预警信号，以当前牵引或电制力为基准，开始进行牵引/制动力的卸载，在机车达到“强迫”点之前，牵引/制动力卸载为零，斜率的卸载与机车的当前速度和牵引/制动力有关。

图2 电制工况加减载分段斜率

实时卸载的计算公式如下：K=F/T

其中F为当前机车的实时牵引/制动力，T为当前速度下，到断主断标识牌所需要的时间.

T的取值为：T=（S1-S2）/V

其中S1为设定的分相距离，S2为收到预告信号后机车的运行距离。

4、 经济效益分析

新的牵引制动加减载控制策略搭建了电力机车/动车组微机网络系统的一个新平台，强大的性能指标使得这套策略能够广泛地应用于国铁电力机车、出口车、动车组等后续车型上，具有划时代的战略意义。

5、 结束语

新的牵引制动加减载控制策略分别在速度模式和转矩模式下进行了优化设计。在定速工况下能够实现全速度范围内正负1.5km/h的误差，小于标准250km/h动车组要求的正负2.0km/h，在转矩模式下实现了更好的交互性，提升了司机对动车组的操控感，并且优化了过分相工况下的牵引制动控制。

参考文献：

[1] 孙少婧.动力集中动车组牵引传动系统设计研究.铁道机车与动车.2014

[2] 李新.HXD3C型电力机车自主化控制与监视系统（TCMS）研究与实现.铁道机车车辆.2016