摘要：文章介紹了一種適用于蓄電池電力工程車的速度閉環(huán)控制算法，提出了一種模糊PID控制算法的思路。控制系統(tǒng)通過實時地改變速度閉環(huán)的控制參數(shù)，實現(xiàn)了在不同工況下對機車進行精準低恒速控制的目的。
 

關(guān)鍵詞：蓄電池電力工程車；速度閉環(huán)控制算法；模糊PID控制算法
 

引言

蓄電池電力工程車主要用于軌道交通工程車輛的牽引、車輛段調(diào)車及其他特種作業(yè)（如新建地鐵線路時敷設(shè)線纜作業(yè)等），一般需要具備較好的低恒速控制（2~10km/h）性能，且控制精度要求在0.5km/h以內(nèi)。不同于大鐵路機車，蓄電池電力工程車作為軌道工程車的一種，經(jīng)常要擔負多種不同的牽引任務(wù)，適應(yīng)多種不同的編組形式，不同的供電模式使得工程車牽引特性亦不相同。本文提出了一種模糊PID控制算法的思路，控制系統(tǒng)通過實時地改變速度閉環(huán)的控制參數(shù)，實現(xiàn)了在不同工況下，對機車進行精準低恒速控制的目的。
 

1原理說明

目前中車株機公司的蓄電池工程車的低恒速控制方法主要還是沿用大鐵路機車的控制策略，即基于常規(guī)的PI控制算法，首先設(shè)定目標速度，通過速度閉環(huán)計算輸出牽引力，經(jīng)過黏著限制曲線修正及網(wǎng)壓功率特性曲線外包絡(luò)后，計算軸重轉(zhuǎn)移的偏移量，進而設(shè)定每個轉(zhuǎn)向架上的牽引力大小，傳送至DCU，然后采集速度反饋信號，修正牽引力，進而控制蓄電池工程車的速度，如圖1所示。蓄電池電力工程車的應(yīng)用環(huán)境不同于鐵路機車，牽引工況復雜，供電模式多樣化，所以固定的控制策略無法適應(yīng)復雜的工程車外部運用環(huán)境，在實際的恒速運行過程中很容易出現(xiàn)控制失穩(wěn)現(xiàn)象，魯棒性差。本文提出了一種基于模糊控制技術(shù)的速度閉環(huán)控制算法。當蓄電池工程車在運行中進入低恒速控制模式，首先保持當前控制量u輸出不變，控制系統(tǒng)開始實時采集供電模式信號、速度反饋信號以及速度目標值（速度目標值可以通過司機室顯示屏輸入或者司機控制器控制設(shè)定）等。對當前運行速度與速度目標值進行比較，得到誤差量e(k)，判斷此時工程車控制調(diào)整的方向（牽引或制動），然后將誤差量e(k)和計算得到的誤差量變化率ec(k)送給增量式PID控制器，得到控制量的增量。再將e(k)和ec(k)送給二維模糊控制器，根據(jù)模糊控制經(jīng)驗，得到本次模糊因子的值h。將模糊因子的值和控制量增量相乘，得到模糊計算后的模糊增量Δu。模糊增量Δu與從移位寄存器中讀取的當前控制量u（初始值設(shè)為零）相加，作為下次的控制量u輸出，并將控制量u送給移位寄存器。如圖2所示，蓄電池電力工程車速度閉環(huán)控制算法基于一種模糊PID控制算法，將牽引手柄級位信號、供電模式信號、當前工程車速度信號等作為控制系統(tǒng)的輸入條件，控制系統(tǒng)進行模糊PID計算后，輸出控制量經(jīng)修正（牽引特性曲線及軸重轉(zhuǎn)移）后給牽引變流器，通過改變牽引變流器的輸出進而控制牽引電機轉(zhuǎn)矩，達到對工程車進行低恒速控制的目的。

低恒速控制算法的工作原理如下：

1）控制系統(tǒng)按照一定的采樣率采集目標速度信號（級位信號或手工輸入）、供電模式信號、機車當前速度信號等。

2）控制系統(tǒng)對機車當前速度信號與目標速度進行比較后，得到誤差量，并對誤差量進行求導，得到誤差量變化率，將誤差量和誤差量變化率送給增量式PID控制器，經(jīng)增量式PID計算后輸出本次控制量的增量。

3）將誤差量和誤差量變化率送入二位模糊控制器，經(jīng)過模糊計算后輸出模糊因子。

4）將本次控制量增量與模糊因子相乘，作為計算后的控制量模糊增量。

5）最后將本次控制量模糊增量與移位寄存器讀取的控制量相加后，作為當前控制量輸出給牽引變流器，同時送給移位寄存器。

6）通過改變牽引變流器輸出的電流、電壓，控制電機轉(zhuǎn)速，進而控制機車速度，并將速度反饋至控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)精準的低恒速控制。低恒速控制算法的軟件流程圖如圖3所示。
 

2仿真分析

通過仿真實驗結(jié)果可以看到，在低恒速模式下，工程車迅速地接近目標速度值，超調(diào)很小且基本上沒有靜差，如圖4所示。速度的控制精度可以達到0.5km/h，可以滿足業(yè)主進行特種作業(yè)時的速度要求，如線纜敷設(shè)工序?qū)τ跔恳嚭闼倏刂频囊螅鐖D5所示。在后期加入白噪聲模擬隨機工況干擾，得益于模糊PID控制算法，控制單元處于高精控制區(qū)時，可以對白噪聲等隨機干擾信號進行濾波處理，控制效果達到預期目標，這對于經(jīng)常需要恒速作業(yè)的軌道工程車來說是非常必要的。
 

3結(jié)束語

蓄電池電力工程車作為一種環(huán)境友好型的工程車輛，在發(fā)達國家與地區(qū)應(yīng)用較早，國內(nèi)近年來逐漸開始批量使用。為了節(jié)省平臺成本費用，蓄電池電力工程車一般借用城市軌道車輛通用的牽引電傳動平臺，但是其工作環(huán)境與負載情況與城軌車輛卻完全不同。本文提出的速度閉環(huán)控制算法結(jié)合蓄電池電力工程車的實際應(yīng)用環(huán)境，能夠更有效地實現(xiàn)對速度的閉環(huán)控制。
 

參考文獻：

[1]劉金琨.智能控制[M[.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]韓冰.智能自適應(yīng)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].科技信息，2010（34）：100.

作者：蘇雄 張鵬 單位：海外市場營銷中心 產(chǎn)品研發(fā)中心 中車株洲電力機車有限公司