Диссертация (Управление асинхронными тяговыми электродвигателями тележки локомотива в предельных по сцеплению режимах движения), страница 14

4.2. Комплексная электромеханическая модель ТЭП четырёхосного локомотивапри упрощённом моделировании мехнической частиВторым этапом стала разработка с целью уточнения расчётов комплексной электромеханической модели с детализированным представлениеммеханической части ТЭП. При этом модель ходовой и экипажной части локомотива, а также состава выполняется в UM, что позволяет более подробноучесть крутильно-вертикальные колебания и собственные резонансные частоты (рис. 3.12, 3.13), а также динамику изменения вертикальных нагрузок втяговых и тормозных режимах (рис.

3.10).Разработанная в UM модель МЧ интегрируется в MatLab (рис. 4.3) по96средством её предварительного преобразования при помощи инструментаUM, - «Мастер связи с MatLab/Simulink» в S-функцию [114].Рис. 4.3. Иллюстрация совмещения моделей UM и MatLabУвеличенный фрагмент комплексной модели, выполненной с использованием взаимосвязи MatLab/Simulink и UM, включающий блок S-Function,приведен на рис. 4.4. Полная модель приведена на рис.

4.5. ИнтерфейсCoSimulation, используемый для этих целей, был создан разработчиками UMсравнительно недавно, в 2008 году, с его применением выполнялись работы[48; 65].Рис. 4.4. Фрагмент блок-диаграммы комплексной модели9731.5Rs10.02926Integrator2M12-Z0.51sIntegrator3Rs20.0336491sTerminator17Ua UalfaUbUc UbetaTerminator18P 3/1-K-IaIalfaIbIbetaIc-K-P 3/2Clock10Constant1-1IS_A-K-Gain25Gain22Clock6Switch6In1Switch_A10.5Ias-1-K-Torque1390000VckClock3H PhiH_TeH TeSwitchC_1Gates30.02926Regulators1SectorProduct1w1In6F1alLm11Satur_MZ11|u|Switch30.000030.045Im-1VaTerminator16In8Iar0.026027Flux sector seeker1Mod_PsTransfer _Reg_V1ww3Terminator36Lr1Reu-K-Flux anglesectorw2F1bet0.000972Integrator1 Satur_MZ3Switch1w4In7Ls1>=500M12-Z1Terminator350.0010831s2.3333333F2bet0.0264Terminator15PZ12PZ_aGain52MIn5R1US_ASwitching table1-0.045P2F2alf aFlux_estLookup_OSLAB1Switch5Vr1_2_lokGain29-K-Gain32In4p1emuV1-K--1MFluxTransfer _PZGain33-1In3UCTorque_est2s+1PH_phiGain440.5Ics-CVck2-1Terminator9SwitchB_11Gain35IbsIn21Product-K-Gain26IS_Acred-K-IbrNRr1Terminator11P3IcrWN1_8-1Gain2-K-FTerminator14D1Terminator13C1RS-FunctionReuGain55C1La04b06k025-1|u|-K-Gain1C1_8kF1-1Im3.6Terminator24Gain631Gain72Gain45Gain731Gain74-1-1-1Gain71Gain70-1-1Gain69-1Gain68-1Gain53-1Vsk1_8Gain65-1In1Gain46IS_A1Ias1Gain641-KIbsIn2Terminator27IcsIn3M30.02926In4Vk1_8p2Terminator3R3F2alf a0.033649In5M1F2betRs30.0264In6F1alLm20.001083In7F1betLs20.000972|u|Terminator1-1ImTerminator21In8Lr2Reu-K-Flux anglesectorIar0.026027Flux sector seeker2Terminator2IbrRr2Terminator10IcrWTerminator19D2Terminator4|u|-K-ReuIm-131.5Rs40.02926Integrator5Integrator8Terminator230.51sRs50.0336491sTerminator20Ua UalfaUbUc UbetaTerminator22P 3/3-K-IaIalfa-1Gain66IbIc-K-IbetaP 3/4Clock20Constant2IS_A2Clock10Switch8In1Switch_A20.5Ias-K-KTerminator65SwitchB_211390000H_phiH PhiH_TeH TeUC1MSwitchC_2Torque_est2s+1P1Clock73FluxTransfer _PZ1GatesIn4p3emF2alf a0.02926Regulators2SectorIn6F1alLm3Terminator40P4Terminator580.001083Integrator4Switch20.045500F1bet1Terminator590.000972Satur_MZ2Satur_MZ4|u|1Switch4sector0.00003-1ImTerminator41In8Lr3Reu-K-Flux angleIar0.026027Flux sector seeker3Terminator8Transfer _Reg_V2M12-Z2In7Ls3>=2.3333333F2bet0.0264Switching table2-0.045In5R2Product31sM2Flux_estLookup_OSLAB2Switch7Vr1_2_lok10.5IcsIn3-CTorqueVck1IbsIn21Product2Vck3IbrRr3Terminator30P5IcrWTerminator39D3Terminator12|u|Reu-K-Im-1Gain67-1In1IS_A3Ias-KIbsIn2Terminator52IcsIn3M30.02926R4In4p4Terminator53F2alf aM3In50.033649F2betRs60.0264In6F1alLm40.001083In7F1betLs40.000972|u|Terminator5sectorLr4Reu-K-Flux angle-1ImFlux sector seeker4Terminator6Terminator46In8Iar0.026027IbrRr4Terminator29IcrWTerminator44D4Terminator7|u|-K-uReIm-1Рис.

4.5. Блок-диаграмма комплексной моделиК блоку S-Function, содержащему модель механической подсистемы,синтезированную в UM, из модели электрической подсистемы подаютсяэлектромагнитные моменты четырёх АТД (на рис. 4.4. входят слева в блок SFunction слева). Из механической подсистемы (из блока S-Function справа нарис. 4.4) на шину выходят все необходимые переменные состояния МЧ (скорости роторов АД, колёс, локомотива, крип и др.). Скорости роторов и локомотива, входящие в уравнения моделей АТД и системы управления ТЭП,98передаются из механической подсистемы в электрическую часть.Для возможности анализа реализации предельных тяговых и тормозных усилий ТЭП локомотива и использования потенциальных условий сцепления нижний сумматор (рис. 4.4) складывает силы тяги (торможения) всехколёс, определяя общую силу тяги (торможения) локомотива, верхний сумматор складывает вертикальные нагрузки колёс, определяя динамическийсцепной вес.

Умножая динамический сцепной вес на потенциальный коэффициент сцепления, определяем предельную по сцеплению силу тяги (торможения). Далее, разделив общую силу тяги (торможения) локомотива намаксимально возможную силу, определяем реализуемый в каждый моментвремени коэффициент сцепления в относительных единицах, то есть получаем в динамике долевое (или процентное) использование потенциального коэффициента сцепления.4.2.

Предварительный анализ реализации предельных усилий на упрощенных моделях ТЭПИсследование предлагаемых вариантов управления предварительнопроизведено на комплексной модели, включающей упрощенную модель механической части ТЭП четырехосного локомотива (рис. 4.2). В модель подставлены усредненные вертикальные нагрузки колес, вычисленные на основемоделирования механической подсистемы ТЭП в UM. В упрощенной моделине учитываются колебания подрессоренных частей тележки, экипажа и рельсового основания.В качестве примера на рис. 4.6, 4.7 представлены результаты моделирования ТЭП первой тележки при разгоне на пределе сцепления тепловозаТЭМ9H с составом 2000 Т.

Моделировалось регулирование параллельновключенных двигателей на пределе по сцеплению: 1) по скорости АТД1 первой оси (рис. 4.6); 2) по скорости АТД2 второй (рис. 4.7). При этом в первомслучае в СУ применялось вычисление переменных состояния по усреднённой99модели двигателя с использованием среднего тока АТД1 и АТД2 (рис. 4.6,а)или использовались переменные состояния первого АД (рис. 4.6,б) [102].a)б)Рис.

4.6. Результаты моделирования реализации предельных тяговых усилий при разгонетепловоза ТЭМ9H с составом 2000 Т при регулировании ТЭП тележки по скорости АТД1:а – при регулировании ТЭП тележки по переменным состояния, вычисляемым по усредненной модели двигателя; б – при регулировании ТЭП тележки по переменным состоянияАТД1 (Мд1 и Мд2 – электромагнитные моменты АТД1 и АТД2 соответственно; Мз – здание на момент, вычисляемое по усредненной модели, Мз1 – здание на момент, вычисляемое по переменным состояния АТД1)Реализация предельных сил связана с регулированием скорости ротораАТД, приведенной к линейной скорости точки на ободе колеса (далее скорость ротора), вблизи оптимального проскальзывания, обеспечивающегомаксимальный коэффициент сцепления. Так как величина оптимального проскальзывания имеет случайный разброс, то на практике применяются различные методики самонастройки на максимум [102].100а)б)в)г)Рис.

4.7. Результаты моделирования реализации предельных тяговых усилий при разгонетепловоза ТЭМ9H с составом 2000 Т при регулировании ТЭП тележки по скорости АТД2и переменным состояния, вычисляемым с использованием общих токов IА и IC:а – электромагнитные моменты двигателей первой (Мд1) и второй (Мд2) осейи задание на электромагнитный момент (Мз); б – виброускорение корпуса АТД1;в – скорости роторов первого (Vrk1) и второго (Vrk2) двигателей, приведенныек линейной скорости колеса, и скорость локомотива (Vл);г – коэффициент сцепления, реализуемый колесом первой оси101При моделировании использовалось наиболее распространенное вычисление задания на скорость ротора путем интегрирования заданного приведенного к ускорению колеса ускорения ротора АТД, вычисляемого по оценочному ускорению локомотива.

Если в при разгоне заданное ускорение ротора больше ускорения локомотива, то задание на скорость ротора увеличивается быстрее скорости локомотива, соответственно растет электромагнитный момент во внутреннем контуре регулирования ТЭП (рис. 4.6а,б; 4.7а), ирабочая точка смещается вправо по характеристике сцепления (рис. 1.1а,4.7г); если заданное ускорение ротора меньше ускорения локомотива на определенную величину, электромагнитный момент соответственно снижается,и рабочая точка на характеристике сцепления смещается влево. Таким образом, изменяя скачком заданное ускорение ротора (привязанное к ускорениюлокомотива) при переходе момента АТД через максимум и его фиксированном снижении, мы удерживаем рабочую точку вблизи максимума характеристики сцепления [102].При регулировании ТЭП по скорости АТД1 первой оси (рис. 4.6) и вычислении переменных состояния двигателя по усредненной модели с использованием общих токов параллельно включённых двигателей (IA, IC, рис. 2.2)задание на момент Мз, снимаемое с регулятора скорости и сравниваемое смодельным моментом, имеет вид, представленный на рис.

4.6а. Инвертор напряжения, к которому подключены оба двигателя, регулируется с учетомполученных по усредненной модели значений, и двигатели АТД1 и АТД2 вкаждый момент времени работают по своим естественным механическим характеристикам, соответствующим текущей частоте и напряжению АИН. Дляпредставленных на рис. 4.6, 4.7 расчетных вариантов параметры АТД всехосей, диаметры бандажей колес и условия сцепления приняты одинаковыми.Поэтому АТД1 и АТД2 работают по одинаковым естественным характеристикам, но за счет того, что вертикальная нагрузка колес первой оси меньше,АТД1 вращается быстрее и по естественной характеристике реализует мень102ший электромагнитный момент Мд1, чем момент Мд2 двигателя АТД2 второйоси, которая имеет большую вертикальную нагрузку и вращается медленнее.Таким образом, ось с большей вертикальной нагрузкой реализует большийэлектромагнитный момент (рис.

4.6а), что в значительной мере компенсируетнегативный эффект снижения силы тяги из-за неравномерного перераспределения вертикальных нагрузок тепловоза ТЭМ9H. Однако в электрическойчасти при этом АТД2 нагружается большим током, чем первый АД [102].Для сравнения (рис. 4.6б) даны результаты расчёта того же режима движения при использовании в адаптивной модели двигателя токов АТД1 вместо усредненных токов. В этом случае задание на момент меньше, и электромагнитный момент двигателя первой оси Мд1 изменяется в соответствии с заданием Мз1, как это и должно быть, но в целом результаты аналогичны.