Введение к работе
Актуальность работы. Железные дороги являются одним из основных звеньев технологического процесса, обеспечивающего устойчивое функционирование народного хозяйства и жизнеобеспечения населения. Ими выполняется 55% общего грузооборота и 33% пассажирских перевозок в стране.
В условиях дефицита финансовых средств Министерство путей сообщения (МПС) России разработало и осуществляет специальную программу повышения эффективности работы железнодорожного транспорта, одной из главных составных частей которой является снижение эксплуатационных расходов железных дорог, оснащение их более надежными локомотивами. Для решения этой задачи МПС РФ организованы работы по различным направлениям, в том числе и по созданию нового поколения локомотивов с широким использованием автоматизированных систем управления, выполненных на базе микропроцессорной техники.
Такие системы обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционной аппаратурой, так как позволяют унифицировать технические средства, применить эффективные гибкие системы на базе персональных компьютеров для управления, контроля, настройки и диагностики автоматических систем управления. Поэтому настоящая диссертация, посвященная обеспечению работоспособности автоматической микропроцессорной системы управления электровозом однофазно-постоянного тока при высоком импедансе сети и высоких скоростях движения, является актуальной. Работа выполнена применительно к электровозу ВЛ65.
Цель работы. Целью данной работы является разработка узлов, алгоритмов и программного обеспечения микропроцессорной системы управления инвариантной к уровню напряжения в контактной сети и обеспечивающей работоспособность САР независимо от условий энергоснабжения.
Для реализации этой цели необходимо решить следующие задачи:
выявить устройства, влияющие на работу САР, и разработать способы устранения этого влияния;
создать аппаратные средства, исключающие или максимально снижающие влияние искажений формы напряжения и помех со стороны контактной сети и оборудования электровоза и, как следствие, повышающие точность регулирования;
разработать математическую модель объекта регулирования, учитывающую взаимное влияние контактной сети и тягового электрооборудования электровоза;
разработать способы, позволяющие повысить качество регулирования и обеспечить работоспособность САР в условиях искаженной формы напряжения контактной сети;
исследовать алгоритмы предложенных способов на математической модели с целью предварительного подбора коэффициентов регуляторов;
разработать алгоритмы и программное обеспечение МПСУ электровоза, работающей в режиме реального масштаба времени;
провести испытания предложенных аппаратных средств и алгоритмов на электровозе с целью проверки предложенных технических решений.
Методика исследования. Исследования выполнены на основе цифрового моделирования переходных процессов в микропроцессорной системе управления и обобщенном объекте регулирования, включающим в свой состав: тяговый привод, тиристорный преобразователь и контактную сеть с учетом тяговых подстанций. Разработанные аппаратные средства и программа работы микропроцессорной системы управления испытаны на опытном электровозе ВЛ65-021. Для регистрации экспериментальных данных использована специальная методика на основе применения ПЭВМ.
Научная новизна работы. Впервые разработаны:
-
Структура управления тяговым приводом электроподвижного состава и исследована работа САР с комбинированным принципом регулирования по отклонению и возмущению совместно с параллельно-встречной коррекцией, позволяющая компенсировать уровень напряжения и возмущающие воздействия со стороны контактной сети с адаптацией регулятора тока к среднему уровню напряжения в контактной сети.
-
Программа для МПСУ, реализующая САР электропривода электровоза ВЛ65 с комбинированным принципом управления.
-
Программная реализация фильтрации входных сигналов в режиме реального времени, для чего разработан алгоритм цифровой фильтрации.
4. Новые аппаратные средства для МПСУ: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) интегрирующего типа и генератор синхроимпульсов с частотной автоподстройкой, позволившие повысить достоверность и точность измерения сигналов датчиков, особенно в условиях высокого уровня помех, свойственных электроподвижному составу.
5. Методика испытаний систем управления на электровозе с помощью микро-ЭВМ.
Практическая ценность и внедрение. Применение микропроцессорной системы управления позволило сократить объем аппаратных средств примерно в три раза по сравнению с серийной аппаратурой, с одновременным расширением функциональных возможностей. Создана микропроцессорная система управления электровозом ВЛ65-021, в которой реализованы все аппаратные средства и алгоритмы, созданные автором.
Основные положения предлагаемой диссертации использованы в опытно - конструкторских работах по хоздоговору 57/93 "Разработка технической документации и изготовление опытного электровоза ВЛ65 с микропроцессорной системой АСУБ "Локомотив", по хоздоговору 6/95 "Создание электропоезда переменного тока, изготовление АО НПО НЭВЗ", по хоздоговору
3/96/10 "Создание электропоезда переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:
IV Всесоюзной научно - технической конференции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране" (г. Тбилиси, 1987г.);
VII Всесоюзной научно - технической конференции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране" (г. Новочеркасск, 1991г.);
Международной конференции "Состояние и перспективы развития локомотивостроения" (г. Новочеркасск, 1994 г.),
VI Международной научно - технической конференции (Юбилейная), посвященной 100-летию МГУПС (МИИТ) "Проблемы развития локомотивостроения" (г. Москва, 1996 г.),
заседании кафедры МГУПС (МИИТ) "Электрическая тяга" (г. Москва, 1997г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 работ, получено 3 авторских свидетельства на изобретения, выпущено 4 отчета по НИР и ОКР.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы, содержит 117 страниц машинописного текста, 2 таблицы, 64 рисунка на 50 страницах и 6 приложений.
