一种城市轨道列车的速度跟踪控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种城市轨道列车的速度跟踪控制系统，包括依次连接的驱动电路、三相逆变桥和牵引电机，还包括电流检测模块、处理器和速度检测模块；电流检测模块检测三相逆变桥的输出电流并将电流信号发送给处理器；处理器根据速度信息得到牵引电机的实际转速信息，根据电流信号得到牵引电机的目标速度信息，并根据牵引电机的目标速度信息及实际转速信息，向所述驱动电路发送PWM控制信号，进而控制牵引电机的转速；速度检测模块检测城市轨道列车的行驶速度，并将速度信息发送给处理器。本发明能够实时计算列车行驶的速度轨迹，使得被控量目标值能够连续的给出调整后的速度，控制过程更精细，并且具有控制精度高、硬件简单、可靠性高、成本低的特点。
【专利说明】一种城市轨道列车的速度跟踪控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于城市轨道交通的自动控制系统，特别涉及一种城市轨道列车 的速度跟踪控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市化进程的不断加快，城市规模越来越大，城市人口不断增多，现有的 城市交通网络已经难以满足城市发展的要求。我国迫切需要自主建设高效率轨道交通系统 以缓解日益严峻的城市交通问题。而如何增加列车的运输密度、提高列车行车速度、改善列 车运行质量，一直是我国铁路行业发展所面临的重要难题。对于上述轨道交通的要求来说， 采用先进的列车自动控制（ATC，Automatic Train Control)技术对于轨道交通的全面发展 是至关重要的。
[0003] 列车自动控制系统一般包括三个子系统：列车自动监控（ATS，Automatic Train Supervision)系统、列车自动防护（ATP，Automatic Train Protection)系统以及列车自 动驾驶（ΑΤ0, Automatic Train operation)系统。
[0004] ATS子系统可以实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车运 行进行管理，ATP子系统则根据地面传递的信息计算出列车运行的允许安全速度，保证列车 间隔，实现超速防护。ATO子系统根据ATS提供的信息，在ATP正常工作的基础上，实现最优 驾驶，提高舒适度、降低能耗、减少磨损。其中，ATO系统最为重要。它负责在无人驾驶的情 况下，依据自身的运行特点及当前线路状况等外界信息自动选择合理的运行方式和运动轨 迹，并在规定条件下自动完成行车任务，并达到准时性、舒适性、高效性、定点停车等性能指 标。
[0005] 因此对于ATO系统来说，要实现上述目标，关键是对控制算法的优化，给出最优控 制力来控制列车的运行。对ATO系统的控制算法来说，首先是要根据已知信息得到优化的 速度距离曲线，它综合体现了舒适性、准时性、节能等性能指标，同时也是进行列车驾驶控 制的依据。其次是要根据控制算法给出合力值使列车沿最优运行曲线运行。
[0006] 列车自动驾驶系统受到列车机械结构、电力驱动系统和ATP所提出的速度要求的 影响，基于传统控制理论的PID控制器已不能适应列车运行参数的非线性和时变性，很难 反映真实情况，从而使速度控制的平滑性受到破坏，牵引和制动频繁切换影响了系统舒适 性的要求，同时也影响了列车的高效运行和停车精度。而速度轨迹的选择对于轨道列车运 行时间也有着至关重要的影响。
[0007] 因此，设计一套能根据ATP限制速度时刻更新快速运行轨迹和采用智能控制算法 的速度跟踪的自动控制系统和能应用该算法的硬件系统十分必要。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种列车速度实时采集及实现闭环控制的城 市轨道列车的速度跟踪控制系统。
[0009] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种城市轨道列车的速度跟踪控制 系统，包括驱动电路、三相逆变桥和牵引电机，所述驱动电路的输出端与所述三相逆变桥连 接，所述三相逆变桥的输出端与牵引电机的控制端连接，还包括电流检测模块、处理器和速 度检测模块；
[0010] 所述电流检测模块，用于检测三相逆变桥的输出电流，得到电流信号，并将检测到 的电流信号发送给处理器；
[0011] 所述处理器，用于根据接收到的速度信息得到牵引电机的实际转速信息，根据接 收到的电流信号得到三相逆变桥的输出电流，进而得到牵引电机的目标速度信息，并根据 牵引电机的目标速度信息及实际转速信息，向所述驱动电路发送PWM控制信号，控制三相 逆变桥的输出电流，进而控制牵引电机的转速；
[0012] 所述速度检测模块，用于检测城市轨道列车的行驶速度，得到速度信息，并将检测 到的速度信息发送给处理器。
[0013] 本发明的有益效果是：本发明能够实时计算列车行驶的速度轨迹，使得被控量目 标值能够连续的给出，控制过程更精细，并且具有控制精度高、硬件简单、可靠性高、成本低 的特点。
[0014] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0015] 进一步，所述检测到的速度信息发送给处理器中的正交编码电路，正交编码电路 的方向检测逻辑用于确定脉冲序列中超前的相位，并产生一个方向信号，将方向信号发送 给处理器中的通用定时器，通用定时器根据方向信号得到牵引电机的实际转速信息。
[0016] 进一步，所述通用定时器用于根据方向信号进行递增计数或递减计数，进而得到 牵引电机的实际转速信息。
[0017] 进一步，所述电流检测模块与处理器之间还包括信号调理电路，所述信号调理电 路将检测到的电流信号进行信号转换，得到电压信号，并将电压信号发送给处理器中的A/D 转换模块，将经过A/D转换模块转换的电压信号发送给处理器中的事件管理器。
[0018] 进一步，所述事件管理器根据经过A/D转换模块转换的电压信号生成PWM控制信 号，将PWM控制信号发送给驱动电路，通过驱动电路控制三相逆变桥中的IGBT的导通和关 断。
[0019] 进一步，还包括多功能车辆总线，所述多功能车辆总线用于使速度跟踪控制系统 与列车自动监控系统与列车自动防护系统通信。
[0020] 进一步，所述处理器根据牵引电机的目标速度信息及实际转速信息，利用模糊推 理参数及PID算法，向所述驱动电路发送PWM控制信号。
[0021] 进一步，还包括用于存储模糊推理参数及PID算法的数据信息的存储器。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为本发明装置结构图。
[0023] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0024] 1、驱动电路，2、三相逆变桥，3、牵引电机，4、电流检测模块，5、处理器，6、速度检测 模块，7、 /[目号调理电路。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0026] 实施例1
[0027] 如图1所示，一种城市轨道列车的速度跟踪控制系统，包括驱动电路1、三相逆变 桥2和牵引电机3,所述驱动电路1的输出端与所述三相逆变桥2连接，所述三相逆变桥2 的输出端与牵引电机3的控制端连接，还包括电流检测模块4、处理器5和速度检测模块6 ;
[0028] 所述电流检测模块4,用于检测三相逆变桥2的输出电流，得到电流信号，并将检 测到的电流信号发送给处理器5 ;
[0029] 所述处理器5,用于根据接收到的速度信息得到牵引电机的实际转速信息，根据接 收到的电流信号得到三相逆变桥2的输出电流，进而得到牵引电机3的目标速度信息，并根 据牵引电机3的目标速度信息及实际转速信息，向所述驱动电路1发送PWM控制信号，控制 三相逆变桥2的输出电流，进而控制牵引电机3的转速；
[0030] 所述速度检测模块6,用于检测城市轨道列车的行驶速度，得到速度信息，并将检 测到的速度信息发送给处理器5。
[0031] 所述检测到的速度信息发送给处理器5中的正交编码电路，正交编码电路的方向 检测逻辑用于确定脉冲序列中超前的相位，并产生一个方向信号，将方向信号发送给处理 器5中的通用定时器，通用定时器根据方向信号得到牵引电机的实际转速信息。
[0032] 所述通用定时器用于根据方向信号进行递增计数或递减计数，进而得到牵引电机 的实际转速信息。
[0033] 所述电流检测模块4与处理器5之间还包括信号调理电路7,所述信号调理电路7 将检测到的电流信号进行信号转换，得到电压信号，并将电压信号发送给处理器5中的A/D 转换模块，将经过A/D转换模块转换的电压信号发送给处理器5中的事件管理器。
[0034] 所述事件管理器根据经过A/D转换模块转换的电压信号生成PWM控制信号，将PWM 控制信号发送给驱动电路，通过驱动电路控制三相逆变桥中的IGBT的导通和关断。
[0035] 还包括多功能车辆总线，所述多功能车辆总线用于使速度跟踪控制系统与列车自 动监控系统与列车自动防护系统通信。
[0036] 所述处理器5根据牵引电机3的目标速度信息及实际转速信息，利用模糊推理参 数及PID算法，向所述驱动电路1发送PWM控制信号。
[0037] 还包括用于存储模糊推理参数及PID算法的数据信息的存储器。
[0038] 通常来讲，城市轨道交通路况较长途列车更为单一，站间距离较近，对行驶时间的 要求更加严格。列车可根据车上传感器和与轨道应答器获取速度、时间和位置信息。由于列 车速度控制存在无法避免的误差，自动驾驶系统不可能严格按照事先设计好的策略运行， 这就需要不断对未来的运行策略进行计算和修正。基本运行策略如下：
[0039] (1)发车阶段,系统输出最大牵引电流,使列车采用最大加速度在最短时间达到区 间堕行速度（即最大牵引加速度）。考虑到乘客舒适性要求，各个地区、路段的地铁设计标 准会对最大加速度有所限制（即最大限制加速度），该最大加速度选取列车最大牵引加速 度和该路段的最大限制速度这两者的最小值。若列车不同速度下加速度值不同，则通过分 段线性差值得到全速度范围对应的最大加速度；
[0040] (2)匀速行驶阶段，列车以允许的最大运行速度行驶，若收到ATP限速指令，则以 限速行驶。从较低限速到较高限速加速过程同样采取最大加速度，从较高限速到较低限速 采取最大制动力减速；
[0041] (3)制动阶段，根据站间总行驶时间T、当前行驶时间tl、当前速度Vt、里程si和 站间总距离S可唯一确定制动时刻t2和减速度a2,即：
[0042]
【权利要求】
1. 一种城市轨道列车的速度跟踪控制系统，包括驱动电路（1)、三相逆变桥（2)和牵引 电机（3)，所述驱动电路⑴的输出端与所述三相逆变桥（2)连接，所述三相逆变桥⑵的 输出端与牵引电机（3)的控制端连接，其特征在于：还包括电流检测模块（4)、处理器（5) 和速度检测模块（6); 所述电流检测模块（4)，用于检测三相逆变桥（2)的输出电流，得到电流信号，并将检 测到的电流信号发送给处理器（5); 所述处理器（5)，用于根据接收到的速度信息得到牵引电机的实际转速信息，根据接收 到的电流信号得到三相逆变桥（2)的输出电流，进而得到牵引电机（3)的目标速度信息，并 根据牵引电机（3)的目标速度信息及实际转速信息，向所述驱动电路（1)发送PWM控制信 号，控制三相逆变桥（2)的输出电流，进而控制牵引电机（3)的转速； 所述速度检测模块￠)，用于检测城市轨道列车的行驶速度，得到速度信息，并将检测 到的速度信息发送给处理器（5)。
2. 根据权利要求1所述的速度跟踪控制系统，其特征在于：所述检测到的速度信息发 送给处理器（5)中的正交编码电路，正交编码电路的方向检测逻辑用于确定脉冲序列中超 前的相位，并产生一个方向信号，将方向信号发送给处理器（5)中的通用定时器，通用定时 器根据方向信号得到牵引电机的实际转速信息。
3. 根据权利要求2所述的速度跟踪控制系统，其特征在于：所述通用定时器用于根据 方向信号进行递增计数或递减计数，进而得到牵引电机的实际转速信息。
4. 根据权利要求1所述的速度跟踪控制系统，其特征在于：所述电流检测模块（4)与 处理器（5)之间还包括信号调理电路，所述信号调理电路将检测到的电流信号进行信号转 换，得到电压信号，并将电压信号发送给处理器（5)中的A/D转换模块，将经过A/D转换模 块转换的电压信号发送给处理器（5)中的事件管理器。
5. 根据权利要求4所述的速度跟踪控制系统，其特征在于：所述事件管理器根据经过 A/D转换模块转换的电压信号生成PWM控制信号，将PWM控制信号发送给驱动电路，通过驱 动电路控制三相逆变桥中的IGBT的导通和关断。
6. 根据权利要求1至5任一所述的速度跟踪控制系统，其特征在于：还包括多功能车 辆总线，所述多功能车辆总线用于使速度跟踪控制系统与列车自动监控系统与列车自动防 护系统通信。
7. 根据权利要求1至5任一所述的速度跟踪控制系统，其特征在于：所述处理器（5)根 据牵引电机（3)的目标速度信息及实际转速信息，利用模糊推理参数及PID算法，向所述驱 动电路⑴发送PWM控制信号。
8. 根据权利要求7所述的速度跟踪控制系统，其特征在于：还包括用于存储模糊推理 参数及PID算法的数据信息的存储器。
【文档编号】B61C17/00GK104228851SQ201410453737
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】张波, 林道松 申请人:上虞安卡拖车配件有限公司, 林道松