Аннотация
Представлена модель адаптивной системы регулирования момента тягового электропривода магистрального электровоза с переменной структурой и условий сцепления в точке «колесная пара – рельс». В структуре модели присутствуют два контура: первый и второй. В первом контуре формируется задание момента непосредственно от машиниста. Во втором момент задания формирует автоматическая система управления. Переключение между контурами происходит по критерию избыточного скольжения – боксованию. Для моделирования задержек в сигнале обратной связи и шума в модели предусмотрен блок шума и задержки. Моделирование тягового электропривода со структурой «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» осуществляется при помощи апериодического звена первого порядка. Отличительной особенностью системы регулирования является наличие блока адаптивного ПИ-регулятора и блока адаптивной уставки скольжения. Разработано и представлено математическое описание блока адаптивной уставки скольжения и критерии оценки параметров скольжения. Приведено математическое описание основных блоков модели системы регулирования. Представлены результаты компьютерного моделирования системы управления тяговым усилием в режиме с избыточным скольжением и без избыточного скольжения. Произведена верификация модели по критерию ускорения. Верификация проводилась путем сравнения графиков ускорения электровоза в статических и переходных режимах, полученных путем численного эксперимента и натурного эксперимента, проведенного непосредственно на объекте – электровозе 3ЭС8. Приведены результаты численного эксперимента в режиме избыточного скольжения, а именно осциллограммы выходного сигнала адаптивного ПИ-регулятора. Показано, что применение адаптивного ПИ-регулятора позволяет уменьшить колебания момента тягового двигателя за счет динамического изменения пропорционального коэффициента регулятора. Приведены результаты численного эксперимента с различными кривыми коэффициента сцепления. Анализ результатов показал, что адаптивный закон выбора скорости скольжения позволяет определять оптимальную скорость скольжения с погрешностью не более 4%.
Ключевые слова
электровоз, тяговый электропривод, тяговое усилие, коэффициент сцепления, боксование, скорость скольжения, адаптивный ПИ-регулятор, момент сцепления
1. Бакланов П.Я., Мошков А.В., Ткаченко Г.Г. Большое дальневосточное транспортно-экономическое кольцо: структура и функции в пространственном развитии региона // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2023. №2 (78). С.73-78. doi: 10.55959/MSU0579-9414.5.78.2.7
2. Самме Г.В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами: монография. М.: Маршрут, 2005. 80 с.
3. Pichlik P., Bauer J. Analysis of the locomotive wheel slip controller operation during low velocity // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2021. Vol. 22(3). Pp. 1543-1552. doi: 10.1109/TITS.2020.297183
4. Sadr S., Khauri D.A., Rodrigues J. Predictive Slip Control for Electrical Trains // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2016. Vol. 63(6). Pp. 3446-3457. doi: 10.1109/TIE.2016.2543180
5. Самме Г.В., Яковлев В.А. Характеристики сцепления и поведение моторно-колесных блоков электровоза при боксовании // Наука и техника транспорта. 2009. №3. С. 16-26.
6. Омельченко Е.Я., Танич В.О., Лымарь А.Б. Процесс боксования четырехосного маневрового электровоза с тяговым электроприводом по системе «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 3(56). С. 28-35. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-3(56)-28-35
7. Adhesion control method based on optimal slip velocity searching and tracking / K. Can, H. Jingchun, D. Wenqi, W. Xiaokang // 14th IEEE International Conference on Electronic Measurement & Instruments (ICEMI). IEEE, 2019. Pp. 1200-1207. doi:10.1109/ICEMI46757.2019.9101798
8. Diao L., Zhao L., Jin Z. Taking Traction Control to Task: High-Adhesion-Point Tracking Based on a Disturbance Observer in Railway Vehicles // IEEE Industrial Electronics Magazine. 2012. Vol. 11(1). Pp 51-62. doi: 10.1109/MIE.2016.2644699
9. Pichlik P. Locomotive Wheel Slip Controller based on Power Dissipation in Wheel-rail Contact / International Conference on Electrical Drives & Power Electronics (EDPE). IEEE, 2019. Pp. 211-216. doi: 10.1109/EDPE.2019.8883900
10. Adhesion Control of Heavy-duty Locomotive Based on Axle Traction Control System/ S. Wang, W. Zhang, J. Huang, Q. Wang, P. Sun // IEEE Access. 2019. No. 7. Pp. 164614-164622. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2952268
11. Liam De Klerk M., Saha A.K. A Comprehensive Review of Advanced Traction Motor Control Techniques Suitable for Electric Vehicle Applications // IEEE Access. 2021. Vol. 9. Pp. 125080-125108. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3110736
12. Буйносов П.А., Антропов С.Н. Исследование волнообразного износа рельсов с учетом теории трения пары «колесо – рельс» // Транспорт Урала. 2019. № 1(60). С. 86-89. doi: 10.20291/1815-9400-2019-1-86-89
Харисов И.Р., Карякин А.Л. Компьютерное моделирование и исследование адаптивной системы регулирования момента тягового электропривода магистрального электровоза в предельных режимах // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 1(66). С. 32-38. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-1(66)-32-38