一种重载机车多级空转故障检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107219775A(43)申请公布日2017.09.29(21)申请号201710502885.9(22)申请日2017.06.27(71)申请人湖南工业大学地址412000湖南省株洲市泰山西路88号(72)发明人何静孙健张昌凡刘建华刘光伟吴公平林真珍刘树灿(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人任重冯振宁(51)Int.Cl.G05B17/02(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图11页(54)发明名称一种重载机车多级空转故障检测方法(57)摘要本发明公开了一种重载机车多级空转故障检测方法，其包括以下步骤：首先，根据不同空转现象，对空转故障进行等级划分；然后，通过分析轮轨面粘着特性曲线，根据机车运行工作状态，采用轮对角加速度、牵引力矩导数、粘着系数导数的组合方法对机车空转故障进行检测与分类。本发明采用粘着系数导数作为判据，对空转的发生具有预判功能；对机车轮对空转进行多级故障检测，旨在指导机车粘着系统对牵引转矩的多级调节；避免了使用机车车体速度信号，大大提高了算法的可靠性。而且该算法结构简单，易于实现，并且通过仿真验证了该检测方法的有效性。CN107219775ACN107219775A权利要求书1/2页1.一种重载机车多级空转故障检测方法,其特征在于，首先通过对机车粘着特性曲线分析，将空转等级分类；其次根据粘着特性曲线工作点变化，采用轮对角加速度、牵引力矩导数和粘着系数导数的组合做为判据，对机车空转等级进行检测并分类；所述轮对角加速度、牵引力矩导数和粘着系数导数的组合包括轮对角加速度a、牵引力矩导数粘着系数导数和粘着系数导数与牵引力矩导数之比2.根据权利要求1所述的重载机车多级空转故障检测方法,其特征在于，所述空转等级包括飞速空转、缓慢空转和微观空转。3.根据权利要求1所述的重载机车多级空转故障检测方法，其特征在于，所述牵引力矩导数通过对牵引转矩Tm微分运算求得，具体包括以下步骤：根据单位周期输入转矩的差值，牵引力矩导数4.根据权利要求1所述的重载机车多级空转故障检测方法，其特征在于，所述粘着系数导数通过设计及级联滑模观测器得到，具体包括以下计算步骤：选取状态变量；x1＝θ，x2＝ω，x3＝TL，θ为电机位移角，ω为电机转速，其中仅x1是可测的，TL为电机负载转矩，假设为有界变量。可得如下状态方程：y＝x1(2)对式(1)描述的对象，且仅x1是可测的，针对的情况，设计如下级联滑模观测器对负载转矩导数进行观测：其中滑模控制项为式中，是x1，x2，x3的观测值，κ1，κ2，κ3为待设计常数，sgn(·)为符号函数；n对于任何初始条件x0∈R，对系统式(1)构造观测器式(3)，都能确定足够大的正常数κi(i＝1,2,3)，使得负载转矩导数的观测值为2CN107219775A权利要求书2/2页从而获取粘着系数的导数5.根据权利要求1所述的重载机车多级空转故障检测方法，其特征在于，所述轮对角加速度，具体包括以下计算步骤：根据单位周期轮对速度的差值，得到轮对角加速度a。6.根据权利要求2～5所述任意一项所述的重载机车多级空转故障检测方法,其特征在于，具体包括以下步骤：S1.首先获取机车轮对角加速度，将轮对角加速度与预设判定阈值进行比较；S2.根据步骤S1的比较结果，判定是否继续对的符号进行判别；S21.若角加速度大于判定阈值，则判定机车此时飞速空转，无需继续对的符号进行判别，判定过程终止；S22.若角加速度在判定阈值内，则对的符号进行判别；S3.根据步骤S22的判定结果，判定是否继续对是否为零进行判别；S31.若为0，则继续对的符号进行判别；S32.若不为0，则继续对的符号进行判别；S4.根据步骤S31的判定结果,将的符号分为以下情况：若则机车处于稳定运行状态；若则机车处于缓慢空转运行状态；若变为则机车处于微观空转；S5.根据步骤S32的判定结果，将的符号分为以下情况：若则机车处于稳定运行状态；若则机车处于缓慢空转运行状态；由至瞬间，机车属于微观空转状态；由至机车恢复粘着。3CN107219775A说明书1/8页一种重载机车多级空转故障检测方法技术领域[0001]本发明属于重载机车技术领域，尤其涉及一种重载机车多级空转故障检测方法。背景技术[0002]在重载机车运输研究中，机车前进的动力依赖于动轮和钢轨接触面上的粘着力。而粘着力的产生需要轮轨之间保持粘着的状态，由于受到雨、雪等自然环境影响，当机车的牵引力大于轮轨面所能提供的最大粘着力时，轮轨间的粘着状态被破坏，轮对部分或全部失去牵引力从而空转，机车也从稳定运行变为不稳定运行。[0003]空转故障分级，是实现机车多级粘着控制的前提。空转发生时，总伴随着轮对角速度快速增加等先兆。