基于推峰信息的推峰遙控系統(tǒng)的研究

基于推峰信息的推峰遙控系統(tǒng)的研究

駱駝機溫度控制系統(tǒng)用于駱駝?wù)?，對推峰機的推峰速度進(jìn)行自動控制。目前,我國有2種制式,一種是駝峰機車無線遙控系統(tǒng),另一種是駝峰機車移頻遙控系統(tǒng)。它們是駝峰編組站綜合自動化的重要組成部分。1無線控制令器推峰作業(yè)駝峰機車無線遙控系統(tǒng)是在到達(dá)場股道上迭加股道號發(fā)送信息,來表示機車占用的股道,用無線數(shù)字信號完成駝峰場峰頂信號機和機車之間的信息傳輸,利用股道號和無線信息完成機車信號顯示和機車自動駕駛。在到達(dá)場,當(dāng)機車進(jìn)入股道與待解體車列連掛時,值班員開放推峰信號,到達(dá)場地面設(shè)備向該股道發(fā)送股道號信息,進(jìn)入該股道的機車接收股道號并作為該機車所在股道地址。駝峰場地面設(shè)備根據(jù)繼電聯(lián)鎖或計算機聯(lián)鎖條件及峰頂信號機信號開放條件,通過無線電臺送出相應(yīng)的股道號代碼及控制命令,其中的股道號代碼必須與等待推峰作業(yè)的機車股道號地址一致,機車設(shè)備才能正確地接收到地面無線電臺發(fā)出的控制命令。未辦理推峰進(jìn)路的機車由于沒有股道號,將不接收控制命令。這樣可保證推峰作業(yè)安全。駝峰機車移頻遙控系統(tǒng)以兩根鋼軌為地面信息傳輸通道,峰號和控制命令都用18信息移頻通過兩根鋼軌感應(yīng)到機車上,完成機車信號顯示和機車自動駕駛。到達(dá)場值班員辦理完推送進(jìn)路后,待有關(guān)道岔位置正確,機車進(jìn)入到達(dá)場股道與待解體車列連掛時,開放推峰信號。地面設(shè)備通過雙軌條先發(fā)送峰號信息,表示機車所在股道已建立起推送進(jìn)路,機車接收設(shè)備根據(jù)峰號確定自己所接收的移頻頻率,幾秒鐘后,地面設(shè)備發(fā)送該駝峰的控制命令,機車接收設(shè)備接收該峰號的控制命令。如果另一臺機車也正在推送,它的接收設(shè)備則確定在另一個移頻頻率上,即使在鄰線,它也收不到剛剛排通進(jìn)路的峰號信息和控制命令。2條推送進(jìn)路之間的信號互不干擾,保證推峰作業(yè)的安全。到達(dá)場的推峰機車和待解體車列連掛好之后,司機把方向手柄放在中立位,大閘、小閘放在運轉(zhuǎn)位,然后只要按壓遙控按鈕,推峰機車自動進(jìn)入遙控狀態(tài)。無線遙控系統(tǒng)根據(jù)接收到的股道號和控制命令,移頻遙控系統(tǒng)根據(jù)接收到的峰號和控制命令,使機車控制設(shè)備自動完成整個預(yù)推作業(yè)和主推作業(yè)。根據(jù)控制命令,在預(yù)推作業(yè)中,能完成車列前進(jìn)、鳴笛、起車和定速運行,當(dāng)收到定距離停車的預(yù)黃、預(yù)紅信號后,可以使整個車列在距峰頂主體信號機前一定的距離停車。在主推作業(yè)中,能完成車列前進(jìn)、后退、鳴笛、起車、調(diào)速、停車等,并能按控制命令的變化自動實現(xiàn)變速推送。2至機械系統(tǒng)的嚴(yán)格推薦,實現(xiàn)動駝峰機車遙控系統(tǒng)根據(jù)(無線或移頻)接受設(shè)備給出的控制命令控制車列解體,實現(xiàn)變速推送。但在車列的解體過程中,機車的牽引重量,車列的運行阻力諸因素都在不斷地變化著,而且隨著坡道、彎道、氣候等因素的不同,運行阻力在相同的牽引重量條件下也相差較大。我國調(diào)車機車類型較多,機車的牽引力也相差較大,即使同型號的機車在相同的柴油機轉(zhuǎn)速下,牽引力也不相同。要提高整個編組站的解體效率,遙控機車的推送速度必須既適應(yīng)峰下自動化系統(tǒng)對推峰速度提出的要求,又能保證連結(jié)員順利提鉤,既應(yīng)達(dá)到推送速度平穩(wěn)、速度誤差小、應(yīng)變時間短,又要選擇合理的牽引力,節(jié)省燃料。實現(xiàn)這些條件十分困難。而PID控制器正是具備了所需的適應(yīng)性和靈活性,它可以方便地調(diào)整參數(shù)(比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)),以適應(yīng)不同的控制對象,本文重點討論數(shù)字式PID控制器。3數(shù)字pid運算的增量駝峰機車遙控屬于直接數(shù)字控制系統(tǒng),即用計算機直接對推峰機車運行過程進(jìn)行控制。根據(jù)地面給出的控制命令(即控制速度設(shè)定值),每隔一定時間,計算機根據(jù)調(diào)節(jié)誤差和一定的控制算法(這里為數(shù)字式PID控制算法),計算出控制量的大小和方向,通過繼電器輸出至司機控制器(無級或有級調(diào)速器)對機車柴油機轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié),以控制整個車列的運行。如圖1所示。PID調(diào)節(jié)是從模擬運算開始的,因此在論述數(shù)字式PID控制算法之前,先從模擬PID運算開始。模擬PID運算的微分方程為:C(t)=Kp[e(t)+1Ti∫t0e(t)dt+Tdde(t)dt](1)C(t)=Κp[e(t)+1Τi∫0te(t)dt+Τdde(t)dt](1)式中:C(t)為控制量,即PID控制器的輸出量;e(t)為誤差值,e(t)=V0(t)-V(t);Kp為比例系數(shù);Ti為積分時間常數(shù);Td為微分時間常數(shù)。由于采用直接數(shù)字式控制系統(tǒng),須采用數(shù)字式PID運算。為此,應(yīng)將(1)式離散化。假定采樣周期為Ts,則第n次采樣的時間t=nTs,用采樣周期Ts代替微分增量dt,用誤差增量Δe(nTs)代替de(t),(1)式變化為:C(nTs)=Kp[e(nTs)+1Ti∑k=0ne(kTs)×Ts+TdΔe(nTs)Ts]C(nΤs)=Κp[e(nΤs)+1Τi∑k=0ne(kΤs)×Τs+ΤdΔe(nΤs)Τs]令:C(nTs)=Cn;e(nTs)=ene(kTs))=ek;Δe(nTs)=en-en-1=Δen上式經(jīng)化簡整理得到:Cn=Kpen+KpTsTi∑k=0nek+KpTdTsΔen(2)Cn=Κpen+ΚpΤsΤi∑k=0nek+ΚpΤdΤsΔen(2)令:Kp=KP……比例系數(shù)Ki=KpTsTi??Κi=ΚpΤsΤi??積分系數(shù)Kd=KpTdTs??Κd=ΚpΤdΤs??微分系數(shù)則有:Cn=KPen+Ki∑k=0nek+KdΔen(3)Cn=ΚΡen+Κi∑k=0nek+ΚdΔen(3)如果是模擬PID控制器,采用公式(1)。而數(shù)字PID控制器,使用公式(2)、(3)。公式(2)、(3)稱為直接數(shù)字控制計算機PID算法的位置形式(位置調(diào)節(jié))。為了減少在運算中產(chǎn)生的誤差所造成的影響,采用數(shù)字PID運算的增量形式ΔCn=Cn?Cn?1=KPΔen+Kien+KdΔ2en(4)ΔCn=Cn-Cn-1=ΚΡΔen+Κien+ΚdΔ2en(4)式中:Δen=en?en?1Δ2en=Δen?Δen?1=en?2en?1+en?2Cn=Cn?1+ΔCn(5)Δen=en-en-1Δ2en=Δen-Δen-1=en-2en-1+en-2Cn=Cn-1+ΔCn(5)根據(jù)(4)、(5)式,只要計算出Cn-1的增量ΔCn,就很容易地求得本次的Cn值。在大多數(shù)控制場合,都有零階保持器保持上一次運算的Cn-1值(例如閥門的開口等)。因此計算出ΔCn之后,疊加在原零階保持器上即為本次的Cn值。機車遙控也是一樣,在機車控制器中柴油機轉(zhuǎn)速保持在無級或有級調(diào)速控制器上,因此,只要計算出每次轉(zhuǎn)速的增量ΔCn,加在無級或有級調(diào)速控制器上,即為本次應(yīng)有的柴油機轉(zhuǎn)速Cn值。3.1車輛為充放電方式控制速度誤差當(dāng)遙控設(shè)備接收到信號命令時,若機車處在停車狀態(tài),系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)信號命令給定速度,使機車從零速起車運行;若機車在運行狀態(tài),遙控應(yīng)根據(jù)信號命令調(diào)整機車速度,分別使機車保持原速、加速或減速運行,即所謂實現(xiàn)車列的變速推送。起車時,由于是從零速上升,Vn=0,V0是信號命令給定速度,是一個定值,根據(jù)(5)式,速度誤差en=V0-Vn較大,又根據(jù)(4)式積分項Kien一直是增加的,因此使ΔCn增加較快,Cn迅速增加,即容易造成嚴(yán)重的積分飽和現(xiàn)象,以致造成很大的超調(diào)和長時間的振蕩,甚至失控,從而使系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)大大下降。為了克服這一缺點,在起車時,采用部分積分分離手段。即在起車時,速度開始跟蹤,先部分取消積分作用,而當(dāng)速度接近給定值時,才將積分作用投入,從而使速度曲線超調(diào)和振蕩較小,動態(tài)過程短,能較快地進(jìn)入速度誤差小的范圍。如圖2所示。3.2柴油轉(zhuǎn)速增量cn值的計算和分析速度曲線進(jìn)入圖2的P點以后,進(jìn)入調(diào)速階段,引入積分作用。將公式(5)代入公式(4),經(jīng)整理得到:ΔCn=(Kp+Ki+Kd)en?(Kp+2Kd)en?1+Kden?2(6)ΔCn=(Κp+Κi+Κd)en-(Κp+2Κd)en-1+Κden-2(6)在公式(6)中,比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)是確定的值,信號命令給定速度V0在一定的時間內(nèi)是一個定值,根據(jù)每次測量的速度Vn值,由公式(5)算出誤差值en也是已知值,由此得出上次的誤差值en-1和上上次的誤差值en-2,由公式(6)則很容易地求得柴油機轉(zhuǎn)速增量ΔCn的值,疊加在原來的柴油機轉(zhuǎn)速Cn-1值上,即為本次的柴油機轉(zhuǎn)速Cn值。在下一個采樣周期Ts到來時(這里我們確定的采樣周期Ts為1s),由公式(5)、(6)又一次計算出柴油機轉(zhuǎn)速增量ΔCn的值,疊加在上次的Cn-1值上,又一次得到柴油機轉(zhuǎn)速Cn值,經(jīng)過這樣隔1s一次又一次的調(diào)整,機車速度逐漸接近V0值,機車的牽引力等于運行阻力,機車保持勻速運行,從而使速度誤差小,運行也平穩(wěn)。當(dāng)信號命令改變時,由公式(5)、(6)計算出柴油機轉(zhuǎn)速增量ΔCn值的改變,柴油機轉(zhuǎn)速Cn值也跟隨改變,經(jīng)過一次又一次的調(diào)整,從而在新的信號命令給定速度V0值上達(dá)到新的平衡,這樣又一次使機車的牽引力等于運行阻力,又一次使機車保持勻速運行,只要選擇好比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)的值,不僅可以使應(yīng)變時間短,而且可以實現(xiàn)變速推送,達(dá)到駝峰機車遙控的目的。同樣由公式(6),比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)確定之后,柴油機轉(zhuǎn)速增量ΔCn只與每次測量的速度有關(guān),而與機車的牽引力、牽引重量、運行阻力等無關(guān),省去了數(shù)學(xué)模型的計算。同時公式(6)也說明要使柴油機轉(zhuǎn)