一种轨道车辆蛇形失稳抑制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种抑制系统和方法，特别涉及一种轨道车辆蛇形失稳抑制系统和方 法。
【背景技术】
[0002] 列车安全性是列车运行首要考虑的因素，因此国内外厂商设计了不同的监测系统 和设备对列车运行状态进行监测。这些检测系统和设备广泛采用加速度计和应变仪对关键 部位进行监测，包括对列车安全指标和稳定指标的监测。但是，目前国内还没有判断列车蛇 形失稳的国家标准，通常采用这样的处理方法：对列车转向架横向振动加速度进行0.5-10Hz带通滤波，若滤波后的信号连续6个波峰值大于8-10m/s~2,则认为列车横向不稳定(蛇 形失稳）。然而此方法滤波范围较大，滤波后信号可能存在蛇形波之外的信号，六个连续波 的峰值定义无理论依据，对蛇形失稳可能存在误判。
[0003] 随着列车运行速度的提高，对运输安全要求越来越高，对列车蛇形失稳进行预警 和控制尤为重要。因此，运用检测技术对动车组运行状态进行实时监测，提出新方法对可能 出现的蛇形失稳进行准确预警，具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明主要目的在于解决如何在蛇形失稳后消除蛇形失稳的技术问题，提供一种 通过控制牵引系统扭矩实现抑制蛇形失稳的系统。
[0005] 本发明还提供一种通过控制牵引系统扭矩实现抑制蛇形失稳的方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] -种轨道车辆蛇形失稳抑制系统，包括蛇形预警与控制模块，用于判断转向架是 否处于蛇形失稳状态；
[0008] 牵引电机速度控制系统，用于根据所述蛇形预警与控制模块的判断控制牵引电机 的转速；
[0009]所述蛇形预警与控制模块的信号输出端连接所述牵引电机速度控制系统。
[0010] 进一步，还包括横向加速度测量模块，用于测量转向架的横向振动加速度；
[0011] 所述横向加速度测量模块的信号输出端与蛇形预警与控制模块的信号输入端连 接；
[0012] 所述蛇形预警与控制模块根据横向加速度测量模块传输的数据判断转向架是否 处于蛇形失稳状态。
[0013] 进一步，所述牵引电机速度控制系统包括给定速度控制模块，用于根据所述蛇形 预警与控制模块传输的控制信号k和调整后的给定转速sp2,选择采用原给定转速spl或调 整后的给定转速sp2传输至速度控制器模块；
[0014] 速度控制器模块，用于接收给定转速和实际转速，向DTC控制模块传输给定磁链 Flux*和给定转矩Torque*;
[0015] DTC控φ樓块，用于接收牵引电机测量模块传输的电流I_ab和电压V_abc、速度控 制器模块传输的给定磁链Flux#和给定转矩Torque%向牵引电机逆变器的开关器件发送驱 动信号g;
[0016] 所述蛇形预警与控制模块的控制信号输出端、给定转速输出端分别与给定速度控 制模块的控制信号输入端、给定转速输入端连接，所述给定速度控制模块的给定转速输出 端与速度控制器模块的给定转速输入端连接，所述速度控制器模块的实际转速输入端与牵 引电机转速输出端连接，所述速度控制器模块的给定磁链输出端、给定转矩输出端分别与 DTC控制模块的给定磁链输入端、给定转矩输入端连接，所述DTC控制模块的电压、电流输入 端分别与牵引电机测量模块的电压、电流输出端连接，所述DTC控制模块的驱动信号输出端 与牵引电机逆变器连接。
[0017] 进一步，还包括显示模块，用于显示轨道车辆蛇形失稳抑制系统的参数变化；
[0018] 所述显示模块信号输入端分别与速度控制器模块、牵引电机转速输出端、蛇形预 警与控制模块连接。
[0019] 进一步，所述横向加速度测量模块包括传感器模块、GPS模块、数据采集模块、主控 单元MCU模块、数据处理与分析模块；
[0020] 所述数据采集模块分别与传感器模块和GPS模块连接，所述主控单元MCU模块分别 与所述数据采集模块、数据处理与分析模块连接。
[0021] 本发明的另一个技术方案是：
[0022] -种利用上述轨道车辆蛇形失稳抑制系统的抑制方法，包括如下步骤：
[0023] 步骤1、判断转向架是否处于蛇形失稳状态；
[0024] 步骤2、若转向架处于蛇形失稳状态，则给出比当前牵引电机转速更低的参考转 速，控制牵引电机减少转速，降低轨道车辆运行速度。
[0025] 进一步，在所述步骤1中，所述蛇形预警与控制模块根据所测转向架的横向振动加 速度，计算振动非线性指标判断转向架是否处于蛇形失稳状态；
[0026] 所述振动非线性指的计算包括如下步骤，
[0027] (1)对转向架一端传感器横向加速度信号进行噪声辅助EEMD经验模态分解，得到 多个模态分量Ci;
[0028] (2)对每个頂F计算平均频率/ei并逐个与理论蛇形频率乜1进行比较，计算 ，
[0029] Afci=\fcj-fcj\<￡
[0030] ε为误差允许量；
[0031 ]若Δ ?·">ε，认为没有蛇形频率成分，动车组没有蛇形失稳；
[0032]反之，选八匕1最小的模态分量作为蛇形特征波；
[0033] (3)对蛇形特征波Cj计算瞬时频率IF(t)、过零点平均频率IFzc(t)和幅值A zc(t);
[0034] (4)计算蛇形特征波的非线性指标INL:
[0036] (5)对转向架对角一端另一个传感器的横向振动加速度重复第(1)到(4);
[0037] (6)若转向架两对角端横向加速度蛇形特征波频率一致且两者的非线性指标均大 于阈值，则认为动车组发生蛇形失稳。
[0038]进一步，在所述步骤2中，若转向架处于蛇形失稳状态，蛇形预警与控制模块将控 制信号k和调整后的给定转速sp2传输给给定速度控制模块，给定速度控制模块将调整后的 给定转速sp2传输至速度控制器模块。
[0039]进一步，速度控制器模块根据给定转速sp2,经过磁链查表输出给定磁链Flux#至 DTC控制模块，速度控制器模块将给定转速sp2与牵引电机实际转速比较后经过PI调节器输 出给定转矩Torque*至DTC控制模块。
[0040] 进一步，DTC控制模块根据接收的牵引电机测量模块传输的电流I_ab和电压V_abc 计算实际磁链和实际转矩，将给定磁链FluxlP给定转矩Torque#与实际磁链和实际转矩取 差值，分别经过转矩和磁链滞环比较器，与磁链扇区一起输入到电压开关矢量表中，选择合 适的电压矢量，通过发送驱动信号g控制牵引电机逆变器的开关器件。
[0041] 综上内容，本发明所述的一种轨道车辆蛇形失稳抑制系统和方法，具有如下优点：
[0042] 1、本发明根据转向架横向加速度提取蛇形运动特征波，并根据提取的蛇形非线性 特征计算振动非线性指标判断转向架是否处于蛇形失稳状态，并通过DTC控制模块对牵引 系统的直接转矩进行控制，现有的列车横向控制仅能减小列车的横向振动，不能消除蛇形 失稳，而本发明能对牵引电机进行控制，从而降低速度消除蛇形失稳。
[0043] 2、本发明还提供了一种新的蛇形失稳判定方法，计算瞬时频率、瞬时幅值和非线 性指标，